Успех большинства научных работ Менделеева, безукоризненность его выводов в немалой степени определило то внимание, которое он уделял методике и точности измерений. Обращение Дмитрия Ивановича к метрологии было вполне закономерным.

Во-первых, точности требовали абсолютно все его исследования и научные эксперименты, подтверждая правило, которое он сформулировал в своем знаменитом высказывании:

«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».Во-вторых, как человек широчайшего кругозора, отчетливо представляющий механизмы общественного развития, Дмитрий Иванович был убежден, что метрология на хорошей организационной и законодательной основе может и должна эффективно содействовать развитию экономики России.

Приступая к работе, Дмитрий Иванович начинал с приобретения хороших измерительных приборов и их тщательного изучения. Приборы он заказывал у известных и самых лучших мастеров. В частности, для одной из первых его научных работ специальные микроскопы и катетометры изготовил знаменитый французский механик Саллерон.

Но Менделеев не только придумывает методики измерений и конструкции измерительных приборов, ученый сам начинает их изготовлять. приборов, ученый сам начинает их изготовлять.Д. И. Менделеев был первым ученым, который глубоко осознал важность и государственную значимость метрологических исследований для развития страны и активно приступил к осуществлению своего плана по реформированию измерительного дела в России.Стоит отметить, что измерительное хозяйство страны находилось в те годы в весьма плачевном состоянии.     Несмотря на усилия, предпринимаемые организованным в 1835 году Депо образцовых мер и весов, клеймение мер длины и массы велось городскими управами лишь в крупных городах и притом часто без сличения с образцовыми мерами. Запущенным было и эталонное хозяйство.

Необходимо было создать учреждение с новой структурой, способного соединить в себе организацию работ по развитию метрологии как науки и одновременно наладить разработку и внедрение новых приборов, методик контроля и надзора за мерами и весами по всей стране. Иначе говоря, предстояло наладить метрологическое дело на таком уровне, который бы соответствовал роли России в мировом производстве и торговле.

В 1992 году по предложению министра финансов И. А. Вышнеградского Менделеев Д. И. был назначен ученым хранителем Депо образцовых мер и весов.

В 1893 г. Менделеев разработал Программу переустройства государственной службы мер и весов, которая предусматривала:

1.    организацию на базе Депо образцовых мер и весов центрального научного метрологического учреждения России – Главной палаты мер и весов;

2.    разработку национальной системы эталонов, соответствующую мировому уровню развития науки и техники и требованиям российской промышленности;

3.    создание в различных городах страны сети поверочных учреждений нового типа;

4.    переход на десятичную систему мер.

В 1993 году разработанное Менделеевым и подписанное министром финансов С. Ю. Витте представление о преобразовании Депо образцовых мер и весов в Главную палату мер и весов было внесено на рассмотрение Государственного совета.

Главной палате мер и весов было придано значение центрального в империи поверочного учреждения. Пост управляющего принял Д. И. Менделеев.

Новые принципы организации метрологического и поверочного дела в стране были сформулированы в подготовленном Д. И. Менделеевым «Положении о мерах и весах».     Общим собранием Государственного Совета под председательством Великого князя Михаила 29 мая 1899 года этот законопроект был одобрен, а 4 июня на нем появилась резолюция Николая II: «Быть по сему».

Реформа Д. И. Менделеева получила законодательное оформление.

России требовалось создание образцовых мер, налаживание поверочного дела. И Дмитрий Иванович взялся, с одной стороны, за «возобновление прототипов», а с другой – за создание сети местных поверочных учреждений —палаток и института специально подготовленных поверителей.

Одним из важнейших направлений реформы Д. И. Менделеева являлась организация системы надзора за проведением измерений в стране. С этой целью была разработана программа создания сети местных поверочных учреждений по территории России, реализация которой была рассчитана практически на 20 лет. За это время должно было быть открыто не менее 100 местных палаток.

По плану реформирования было решено создать вначале 5 таких учреждений: в Петербурге, Москве, Варшаве, Одессе и Риге. Петербургская поверочная палатка, открытая в сентябре 1900 года при Императорском Русском техническом обществе, стала первым из них и немалая в этом заслуга была самого Менделеева. Прямым «наследником» и правопреемник первого государственного поверочного учреждения — Санкт-Петербургской поверочной палатки является федеральное государственное учреждение «Тест-С.-Петербург».     Штат 1-ой поверочной палатки был сформирован из особых служащих – поверителей. Поверителем мог стать только разносторонне и хорошо образованный человек, прошедший «испытания» и показавший хорошее знание метрологических методов и приемов.

Поверочные палатки, организованные Д. И. Менделеевым, явились той базой, на которой в настоящее время выросла мощная метрологическая служба России, включающая региональные центры стандартизации и метрологии.

Центральным вопросом в создании системы эталонов являлся переход на метрическую систему мер. Как результат проводимых под руководством Менделеева работ к 1895 г. были созданы прототипы русских мер веса (фунт) и длины (аршин), а также основные копии этих прототипов, изготовленные с учетом достижений науки того времени. Были установлены соотношения основных русских мер с метрическими и английскими мерами.Согласно «Положению о мерах и весах» в России впервые факультативно по взаимному соглашению сторон разрешалось применять в торговых сделках, контрактах, сметах, подрядах и т. п. метрические меры.  Образцовый фунт и аршин (прототипы) хранились в Главной палате мер и весов. Две основные копии фунта и аршина, изготовленные одновременно с прототипами, носили: одни – знаки короны 1894 г. (хранились замурованными в стене Сената в Санкт-Петербурге), другие – государственного герба 1894 г. (хранились в Главной палате мер и весов). В настоящее время стоит вопрос о перезамуровании.

Несмотря на все финансовые и организационные трудности, встретившиеся на пути реформирования метрологической службы, а также на сопротивление местной власти, положения, заложенные в Законе «О мерах и весах» 1899 года, медленно, но верно пробивали дорогу среди множества препятствий. Деятельностью Менделеева и его немногочисленных помощников, поддержкой высокопоставленных чиновников и членов императорской фамилии в Государственном Совете был в основном определен путь, по которому в течение всего XX века следовала государственная метрологическая служба, в том числе в советской и постсоветской России.