Сердцем экспозиции является подлинный кабинет ученого. В музее находится библиотека Д. И. Менделеева, собранная им на протяжении жизни. Фонды музея-архива включают личные вещи Д. И. Менделеева, мемориальную мебель из квартиры ученого, портреты Д. И. Менделеева кисти И. Н. Крамского, Н. А. Ярошенко, А. И. Менделеевой, портреты родных и друзей семьи Менделеевых, а также уникальные архивные документы — рукописи, личная переписка, черновики научных трудов.

Музей предлагает несколько экскурсионных программ, к примеру:

Квест «Менделеев VS Лотар Мейер»

Участники квеста в игровой форме знакомятся с биографией Дмитрия Ивановича Менделеева, его научными достижениями в различных областях науки и техники, узнают о друзьях и научных оппонентах ученого. Задания квеста помогут получить более полное представление о научных проблемах волновавших великого русского ученого во второй половине XIX - начале XX века. Выполняя задания, учащиеся старших классов будут иметь возможность перенестись в прошлое и ощутить научную атмосферу, в которой жил и работал Д.И. Менделеев.

Пешеходная прогулка-экскурсия «Санкт-Петербург второй половины XIX века в жизни Д. И. Менделеева»

Экскурсия знакомит с достопримечательными местами центральной части Санкт-Петербурга, которые неразрывно связаны с биографией и научной деятельностью великого русского ученого Д. И. Менделеева. В ходе экскурсии вы узнаете о том, как появились знаменитые часы в арке Главного штаба, что связывало Д. И. Менделеева с Адмиралтейством, почему Менделеев не стал действительным членом Российской Академии Наук, услышите рассказ об истории создания Санкт-Петербургского университета, а также увидите Петербург таким, каким его мог видеть сам Менделеев во второй половине XIX века. Экскурсия завершится посещением квартиры Д. И. Менделеева в здании Двенадцати коллегий, где ученый прожил 24 года и совершил много замечательных открытий, в частности именно здесь была создана периодическая система элементов. В университетской квартире бережно сохранен кабинет известного химика, что дает возможность почувствовать атмосферу, в которой жил и работал Д. И. Менделеев.