一年四季，不论是寒冬，还是酷暑。不论是大雪纷飞，还是阴雨连绵，门捷列夫都毫无知觉似的闭门钻研。
的确，在一项重大发现之前，科学家的一切工作，都是非常艰辛的。
门捷列夫对各种元素及其化合物性质的描述反复做了仔细研究。但是，按什么秩序排列它们呢？又怎样才能找到它们的变化规律呢？线索依旧是那么模糊！他如同堕入五里云雾，见不到庐山的瑰丽风光。门捷列夫心急如焚，昼夜难眠，身体日趋虚弱。
一天，夜已经很深了。仆人看见门捷列夫的书房还亮着灯，急忙走近书房。咚咚咚……仆人叩门。坐在写字台旁边的门捷列夫仍在思考研究的新方法。仆人进书房后，刚想劝阻教授不要再开夜车了，身体要紧。门捷列夫却先起身说道：
“安东，到实验室找几张厚纸，把筐也一起拿来。”
安东感到莫名其妙，把刚想要说的话又收了回去，她耸耸肩膀，很快走出门外，拿来一卷厚纸。
“帮我把它剪开！”
门捷列夫一边吩咐仆人，一边亲自动手在厚纸上画格子。
“所有的卡片都要像笔记本，对了，就按这格子一样大小。开始剪吧，我要在上面写字。”
门捷列夫在每一张卡片上分别写上每一种元素的名称、原子量、化合物和主要性质，制作出了元素的“身份证”！
筐子里逐渐装满了这些货真价实的“身份证”。门捷列夫把它们分成几类，然后摆放在大桌子上。他见安东插不上手，便让她回去休息了。天快亮了，门捷列夫看着这些卡片，进入了梦乡。
翌日，门捷列夫把这些卡片又进行一番整理。像德贝莱纳那样，他把卡片分成三组，按元素的原子量大小排起来，遗憾的是毫无结果。所以他只好打乱了这种组合，把它们排成几行，再把各行中性质相似的元素排成横行……从此他就专心致志地摆起“牌阵”来。门捷列夫的家人，看到一向珍惜时间的教授突然热衷于摆“牌阵”，都感到奇怪。谁也没料到，一个伟大的科学发现——元素周期律，竟能在这“牌阵”中诞生。
是啊！谁看到门捷列夫那旁若无人的“变态状况”：每天手拿像纸牌似的元素卡片，收起、摆开，再收起、再摆开……都会误认为他是误入歧途，或是染上玩牌的嗜好。然而，这纸牌中却凝聚着门捷列夫的智慧和心血。门捷列夫把它当作是发现元素周期律的重要手段，所以他久摆不厌。
1869年2月的一天，门捷列夫正在桌上摆“牌阵”，他摆着，摆着，突然像触电似地站了起来，在他面前出现了前所未有的现象！每一行元素的性质都是按照原子量的增大而从上到下逐渐变化着。例如，锌的性质与镁相近，这两个元素便排在相邻的两行中——锌挨着镁。根据原子量，在同一行中紧挨着锌的应该是砷。如果把它直接排在锌后面，砷就落到铝的一行中去了。但是，这两个元素在性质上并不相近。如果把砷再往下排，它就和硅相邻，可是硅的性质也不同于砷的性质。因此，砷应该再往下排——在磷后面。这样，就可以彻底研究性质的近似性。但是，在锌和砷之间还留有两个空位。结论是明显的：这些空位属于尚未发现的元素，它们在性质上是与铝和硅相近的。门捷列夫兴奋地在室内踱步。“这就是说，元素的性质与它们的原子量呈周期性的关系。”他迅速地抓起记事簿，在上面写道：“根据元素的原子量及其化学性质的近似性试排元素表。”最后，他终于在化学元素符号的排列中发现了元素具有周期性变化的规律。
门捷列夫发现，所有的化学元素可排成一个自然的行列。这个行列以最轻元素氢为排头，它的原子量为1.以原子量最重的金属铀为排尾，它的原子量为238.至于原子量逐渐变大的一切其余元素，可以按“年龄”排在排头与排尾中间。任何一种元素的性质，像外形、稳定性、与其他物质化合的能力，以及它的所有化合物的性质，都是由它在这个行列中所占的位置来决定的。
有趣的是，按照原子量排列的那么多种元素又会自动形成一些互相类似的组，或同类元素的族。
打个比方，有一群高矮不同的人，穿着颜色各异的外衣。乍看时，这里的一切都是偶然的，漫无秩序的，花花绿绿，令人眼花缭乱。可是，一声口令，大家严格按照个头高矮站队。这时即会出现一种意外的巧合：队伍排好后，花花绿绿的现象却自动消失了，人们的服装按照一定的顺序重复了。头7个最小的人依顺序穿着红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色的衣服；第二批7个人的服色也是这个顺序，第三、第四，直到末尾的7个人全都是这样。
每隔7个人，服装的颜色重复一次。如果让第二批7个人排在第一批7个人的后头，第三、第四……7个人也都依次往后排，那么，以前那花花绿绿的一群人就分别排成了红、橙、黄等7个小队。
门捷列夫把元素按原子量排列的时候，在元素当中发现的次序就和上例大致相仿。
元素的性质，每隔7个元素周期性地重复一次。类似的元素总要“鱼贯”地排成一小队或一族。
例如，原子量为7的轻元素锂紧跟在氢后面。原子量为23的钠是氢后第9个元素。它和锂一样，也是金属，很活泼，易燃，很容易和别的元素化合。原子量为40的钾，是第16个元素，它也是轻而易燃的金属。此后，每经过一个有规则的间隔或周期，就有一种碱金属自动排到这一族里来：先是铷（85.5），后是铯（133）。在这族最轻的金属中，元素的性质是逐个衍变的。锂最轻，同时也最“安静”：它落到水里，只发热，只发出咝咝声，可并不像钾或铯那样着火，锂在空气里也比它的同族兄弟们锈得慢。钠比锂活泼，钾比钠活泼，而行尾的那个最重的铯，就比哪一个弟兄都更容易跟别的物质化合。铯在空气里简直不能露面，一旦暴露在空气中，立刻就自燃起来。
每一族里的7种元素都是随着原子量的递增而渐变的。
这样，那乍看好像杂乱无章的物质世界，就显出了惊人的统一性。外在的多样性似乎是偶然的，门捷列夫已经在它后面看出了内在的一致性，铁一般的规律性。于是他给这种规律性取名为周期律。
1869年2月底，手稿完成了，元素表也发排了。门捷列夫满心欢喜，应该说大功基本告成，以为3月6日参加俄国化学会的会议不成问题。正当他积极准备去会议报告他的发现的时候，意想不到的事却突然发生了。
会议前夕，他突然病倒。
“米佳，吃点药，头痛就会好的。”妻子请求着。
“我不相信医生的臆断。请你叫安东来，叫她来。让我和她在一起吧！”
安东手里拿着一瓶酒走进来。
“德米特里·伊凡诺维奇，需要把皮袄拿来吗？”
“拿来，这还有什么说的。”
门捷列夫的情绪很坏，他从安东手中抢过酒瓶，闭目痛饮几大口。
“啊！私酿的白酒吗？”
“最好的药，德米特里·伊凡诺维奇。”
然后，门捷列夫脱光了衣服，赤裸着身子穿上大皮袄，躺在床上。安东给他盖上被子就出去了。
“3天以后病就会过去，不过，我没有3天的时间。”门捷列夫发疯似地叫安东去找他的助手。
他的助手门舒特金问候以后，困惑地向房门后退了一步——门捷列夫身上散发着酒气和发霉的羊毛气味。
其实门捷列夫已经发现自己的不适，但无法控制自己。见到助手的表情方才觉悟。他对自己的这种异样表示歉意后，请自己的助手在次日举行的学术会议上代他宣读报告。
正像门捷列夫预想的那样，报告虽引起了与会学者的极大兴趣，但是由于作者缺席，辩论不得不延期到下次会议进行。