В 1859-60  годах , во время заграничной поездки в Гейдельберг, учёный интенсивно занимался физическими лабораторными исследованиями: изучал явления вязкости, теплового расширения и капиллярности жидкостей, а также сконструировал прибор для определения плотности жидкости – пикнометр. Главным научным событием этого периода является открытие Менделеевым "абсолютной температуры кипения жидкости" - критической температуры, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и паром, находящимися в равновесии.