东正教主教，父亲毕业于特维尔的神学院，后担任学校校长。13岁时，门捷列夫的父亲去世，母亲的工厂又被一场大火毁于一旦，家境一落千丈，但门捷列夫考入了托博尔斯克文科中学，也算是家里的安慰。1849年，门捷列夫的母亲变卖家产，带着孩子四处求学，先后到过莫斯科、柏林和巴黎，最后在圣彼得堡高等师范学校为门捷列夫找到一个入读机会，1850年，门捷列夫就读物理数学系。同年9月，门捷列夫的母亲病逝，门捷列夫决心发愤读书，1855年以优异的成绩毕业，但由于被诊断出有肺结核，不得不到黑海边上的克里米亚半岛休养。在此期间，门捷列