В то время мысли Менделеева обращены не только к Уралу и Сибири, но и к Крайнему Северу. Он горячо поддержал инициативу адмирала С. О. Макарова построить первый в мире ледокол «Ермак», способный форсировать тяжелые льды, а потом загорелся идеей прорезать на нем Северный полюс и спуститься на Дальний Восток к Сахалину. Изложив в 1901 году министру финансов С. Ю. Витте, с которым тогда находился в хороших отношениях, проект и цели экспедиции, Менделеев пишет в докладной записке: «Завоевав себе научное имя, на старости лет я не страшусь его посрамить, пускаясь в страны Северного полюса, и если обращаюсь к Вам с откровенным выражением своих мыслей, то лишь в той уверенности, что Вы достаточно знаете меня как естествоиспытателя, чуждого мечтательности». В подтверждение того, как ему важны личные наблюдения, Менделеев вспоминает свой полет на воздушном шаре «Русский» вдень солнечного затмения 8 августа 1887 года. В Арктику, правда, отправиться не пришлось: помешали разногласия с Макаровым, считавшим, что к Сахалину нужно плыть не через полюс, а вдоль побережья. Однако с идеей освоения Северного Ледовитого океана Дмитрий Иванович не распрощался, считая, что «около тех льдов немало и золота и всякого иного добра, своя Америка». Сохранились черновики с вычислениями и проектами нового корабля для плавания в ледовых широтах. Менделеев предлагал особое ледорубильное устройство у носа судна, а для борьбы со льдами – применение оксиликвита (смеси жидкого кислорода с органическими поглотителями).
«Если бы хоть десятая доля того, что потеряно при Цусиме, была затрачена на достижение полюса, эскадра наша, вероятно, пришла бы во Владивосток, минуя и Немецкое море и Цусиму», – с горечью писал Менделеев, переживая неудачи России в войне с Японией в 1904–1905 годах.
«Мне уже поздно воевать, глядя в могилу, но в виду ее еще есть довольно сил, чтобы говорить об устройстве внутреннего быта, для чего и пишутся мои “Заветные мысли”, и я полагаю, что чем проще, откровеннее и сознательнее станут русские речи, тем бодрее будут наши шаги вперед, тем дольше будут длиться мирные промежутки между оборонительными войнами, нам предстоящими, тем меньше на Западе, Востоке и Юге будут кичиться перед нами и тем более выиграет наше внутреннее единство…»