Брандт был замечательным преподавателем и педагогом, оказавшим большое влияние на молодого Менделеева, который, по некоторым сведениям, собирался работать под руководством Федора Федоровича и после окончания института. Больной студент одно лето жил на даче Брандта в Ораниенбауме, учил его сыновей. Отношения между ними были настолько тесными, что, начиная большое дело — описание фауны всей страны — и предлагая Главному педагогическому институту принять участие в этом предприятии, профессор Брандт привлек студента Менделеева к составлению документа, пола иного на сей счет в Конференцию института. Произошло это после того, как Дмитрий выполнил «Описание грызунов С.-Петербургской губернии». Вдохновленный качеством этой работы профессор намеревался теперь уже на регулярной основе использовать студентов каждого выпускного курса для изложения естественной истории одного из больших отделов животных. Для нас интересно, что это представление, подписанное и поданное академиком Брандтом, было написано рукой студента Менделеева: «…Изложение студентов, направленное мною, будет не столько книжным, сколько практическим, более сжатым или подробным, чисто историческим или прикладным, как того требует двоякая цель предполагаемого труда: обработка науки и общественная потребность…» — Очень похоже на манеру выражаться взрослого Менделеева. Конспекты лекций Брандта Менделеев хранил всю жизнь, они и сейчас лежат в его архиве; студенческая же его работа хранится в фонде 51 Архива Российской академии наук, где собраны рукописи, принадлежавшие Ф. Ф. Брандту.

Если взглянуть на годы студенчества Менделеева в свете его успехов, то они окажутся удивительно неровными. В первый год первого учебного курса, приступив к изучению предметов со второй половины и самостоятельно восполняя знания, полученные товарищами в прошлом году, он с огромным трудом смог добиться удовлетворительных оценок по большинству предметов (кроме французского языка и астрономии). Зато начиная со следующего года, когда он присоединился к принятым на первый курс товарищам и начал слушать лекции по тем курсам, которыми пытался овладеть самостоятельно да еще большей частью на лазаретной койке, дела резко выправились. По результатам года он перешел с двадцать пятого на седьмое место и заслужил репутацию одного из самых способных студентов нового курса. По всем основным предметам Менделееву были выставлены пятерки. Тройки оказались только по английскому, французскому языкам и Закону Божьему. И еще ему никак не удавалось получить пятерку по поведению, потому что в закрытом учебном заведении, куда, несмотря на экзамены, юношей все-таки «отдавали» или «помещали» родители, строго следили за каждой незастегнутой пуговицей, которых на зеленом мундире студента Менделеева обычно было предостаточно. По воспоминаниям его однокашников, этот высокий, широкоплечий студент с большой головой чаще всего ходил в полностью расстегнутом сюртуке. На старшем курсе студенты физико-математического факультета должны были избрать специальность — математику или естествознание. Дмитрий выбрал естественные науки и стал слушать лекции по химии с химической технологией, геогнозии, зоологии и ботанике. Кроме того, он посещал общие для всего института (в котором был еще и историко-филологический факультет) лекции по русскому праву и педагогике. Два раза в неделю студентам читались лекции по истории искусств. По итогам первого года старшего курса он получил по всем предметам пять или пять с плюсом. Даже поведение было оценено на 4½. Дочь институтского советника Н. М. Данилевская вспоминала, что Менделеев оказался в лазарете прямо накануне экзамена. Его больше волновала не сама болезнь, а то, что она может испортить ему каникулы. Данилевская видела, как удивился доктор Кребель, когда больной попросил разрешения отлучиться на экзамен. Кребель, всё более сомневающийся в своем диагнозе, все-таки разрешил, и Менделеев, преодолевая слабость, натянул форменный мундир. Он великолепно сдал экзамен, и товарищи проводили его обратно в лазарет аплодисментами.

Михаил Папков (пожалуй, единственный сокурсник, близкий Менделееву, предпочитавшему общаться более с профессорами, нежели со сверстниками), пораженный буквально пожиравшим Дмитрия интересом к наукам, изучаемым на обоих факультетах, вспоминал: «От такого широкого и горячего интереса… страдал его физический, организм, выражаясь кровохарканьем и расстройством нервов. Для укрепления организма он некоторое время ходил в гимнастическое заведение де Гона, принадлежавшее морскому министерству, которое давало разрешение студентам пользоваться там пассивной и активной гимнастикой бесплатно. А что нервы его были расстроены и напряжены, я могу привести характерное его выражение. По окончании вечерних репетиционных занятий, которые мы производили в специальных для того залах, распределенных по курсам и по факультетам, мы часто предлагали Дмитрию Ивановичу сыграть с нами в шахматы. Он очень любил эту игру. Однако он большей частью отказывался, говоря: «Голубчики, не могу; ведь вы знаете, что я целую ночь спать не буду»».

В 1854 году институт постигла очередная перестройка. Вводились четыре годичных курса, которые должны были быть сформированы следующим образом: лучшие из прошедших первый год обучения на старшем курсе становились четверокурсниками, а прочие составляли третий курс. Самые успешные из выпускников прежнего первого курса становились второкурсниками, а менее успешные завершали образование и получали звание уездных учителей. Первый курс набирался заново. Дмитрий Менделеев конечно же стал четверокурсником, первым в списке из четырех человек. Начался самый интересный год его учебы. Четверокурсникам почти не нужно было посещать обязательных лекций, они занимались практическими и лабораторными работами, писали сочинения и «рассуждения» на заданные профессорами научные и педагогические темы. Если на первом курсе Менделеев смог выполнить лишь две работы по русской словесности — «Описание Тобольска в историческом отношении» да еще выписку из произведений Державина и Карамзина, касающуюся особенностей языка (обе были названы в числе лучших профессорами-словесниками), то на старших курсах, кроме ранее упоминаемых работ по зоологии и минералогии (последняя была опубликована на немецком языке в издании Российского минералогического общества) и переводов с латыни (!) специальных текстов по ботанике (с целью усвоения терминологии), Менделеев написал ряд пробных лекций, которые в институте считались обязательными для подтверждения того, что студенты «соответствуют их назначению и современному состоянию наук». У профессора Брандта он подготовил лекцию «О влиянии теплоты на распространение животных», у Куторги — «Об ископаемых растениях», у Вышнеградского — «О телесном воспитании детей от рождения до семилетнего возраста». Была еще самостоятельно подготовленная молодым выпускником лекция «О школьном образовании в Китае». Все они были оценены высшим баллом, за исключением «телесного воспитания», за которую Вышнеградский, сам недавно переключившийся на преподавание педагогики, выставил странную оценку «отлично-хорошо». Работа «Об изоморфизме» продолжила его исследования в области минералогии. «В Главном педагогическом институте требовалась при выходе диссертация на свою тему, — писал в «Биографических заметках» Менделеев. — Я избрал изоморфизм, п<отому> ч<то> заинтересовался тем, что нашел сам… и предмет казался мне важным в естественно-историческом отношении… Составление этой диссертации вовлекло меня более всего в изучение химических отношений. Этим она определила много…»

Кому-то может показаться странным чрезвычайно высокое мнение Д. И. Менделеева о своей альма-матер, которой он не уставал восхищаться всю жизнь, даже став университетским профессором, тогда как весьма известные его однокашники вспоминали институт с осуждением и даже гневом. Дело не только в противоречивом, склонном к неожиданным оценкам характере ученого — здесь проявились его система ценностей и важные особенности мышления. С одной стороны, институтская рутина была действительно беспросветной: «В 7 часов утра студенты должны быть чисто, опрятно и по форме одеты и собираться в классных комнатах для приготовления уроков. В 8 часов они все в порядке идут в столовую на молитву и занимают там каждый определенное место. После утренних молитв читаются Апостол и Евангелие по положению православной церкви на церковно-славянском языке. По окончании Евангелия студенты завтракают. В 9 часов начинаются классы и продолжаются до 3 часов. В классах студенты занимают определенные места, назначаемые им по успехам и поведению. В 3¼ студенты обедают за общим столом, соблюдая благопристойность. Во время стола они могут говорить о предметах лекций своих, без нарушения общей тишины, со всею скромностию, отличающей людей образованных. От 4½ до 6 в I и II курсах лекции. Студенты старших курсов употребляют это время на самостоятельные занятия и отдохновения; в младших дается для отдохновения один час по окончании послеобеденной лекции. Посещение студентов посторонними лицами дозволяется в свободное от занятий время, с крайней осмотрительностью, не иначе как в приемной зале и притом всякий раз с разрешения директора. В 7 часов все собираются в классных комнатах для повторения и приготовления уроков. В 8½ часов — ужин и вечерняя молитва. После вечерней молитвы и кратковременного отдохновения студенты занимаются приготовлением своих уроков до 10½ часов и потом отправляются в спальни в сопровождении своих надзирателей…» Это описание институтского уклада взято из статьи другого выпускника Главного педагогического института, Н. А. Добролюбова, который буквально в пух и прах разнес пот казарменный порядок и правила, по которым, например, учебную книгу можно было получить только по требованию преподавателей и распоряжению инспектора, а из неучебных библиотека выдавала по каждому из изучаемых предметов не более одного сочинения из числа одобряемых профессором, с разрешения директора или инспектора. Понятно, насколько это было поперек горла будущему пламенному публицисту, юному отцу русского нигилизма и, по мнению его противников, «бессердечному насмешнику и разрушителю всяческих иллюзий». Естественно, он создал на своем факультете сначала студенческий кружок, а потом нелегальную рукописную газету «Слухи». Уже на старшем курсе клокочущий яростным негодованием против существующего устройства жизни Добролюбов становится сотрудником «Современника».