В начале 1888 года Дмитрий Иванович ездил в Донецкий бассейн и изучал положение каменноугольной промышленности. Результат поездки он описал в статье: "Мировое значение каменного угля в Донецком бассейне", помещенной в "Северном Вестнике" за 1888 г.
Каменноугольной промышленностью он интересовался всегда; писал он об этом вопросе и в "Основах химии". Помню, как явились к нему тогда сын Льва Николаевича Толстого, Сергей Львович Толстой и его товарищ М. А. Олсуфьев, оба молодые люди, только что окончившие курс в Московском университете. Они приходили к Дмитрию Ивановичу спросить совета, на какое практическое дело им употребить свои силы и знания. Дмитрий Иванович направил их в Донецкий бассейн. Я застала только часть их разговора об отношении Льва Николаевича Толстого к науке. "Отец делает ошибку, -- говорил Сергей Львович -- из-за паразитов, которые завелись в полушубке он хочет сжечь самый полушубок". Меня позвали в детскую, и я не слыхала конца разговора.
Сергей Львович, Михаил Адамович Олсуфьев и их товарищ, студент M. H. Орлов, последовали совету Дмитрия Ивановича, ездили в Донецкий бассейн и работали там.
В это время Дмитрий Иванович предпринял обширный труд, по исследованию природы растворов; результатом этого труда является его классическое "Исследование водных растворов по удельному весу", появившееся в 1887 году. Исследование посвящено разработке веществ, при чем особенное внимание обращено на растворы поваренной соли, серной кислоты и спирта.
"Высказанные им взгляды на строение растворов нашли много сторонников, несмотря на то, что в то же время начала развиваться новая теория растворов Вант-Гоффа и Аррениуса. Последняя обыкновенно противопоставляется "гидратной теории" Д. И. Менделеева, но по нашему мнению, высказанному еще в 1891 году и нашедшему опытное подтверждение в исследованиях некоторых ученых, обе эти теории не противоречат, а дополняют друг друга" {Ив. Каблуков. "Дмитрий Иванович Менделеев".}.
В первый раз Дмитрий Иванович был почтен английскими учеными в 1884 году, когда Эдинбургский Университет присудил ему степень почетного доктора прав (Doctor of Lows).