1834年，德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫诞生在西伯利亚的托博尔斯克城一个中学校长的家里。他们家生了十几个孩子，有的早早夭折了，在活下来的孩子中，门捷列夫是最年幼的。

门捷列夫出生的那一年，他的父亲伊万患病而双目失明，不能再担任中学校长的职务了。家境困苦，他的母亲性格刚强，一手经营起附近一家小玻璃厂，以此维持全家的生活。不管生活多么困难，母亲玛丽亚坚持要将孩子们送进学校，接受教育，成长为有文化的人。7岁时，门捷列夫进了本地的一所8年制学校，还算安稳地读着书，度过了童年时光。

中学快毕业时，噩耗一个接一个传来。1847年，他的父亲去世；1848年，玻璃厂失火烧没了，家庭失去了主要的收入来源。等到门捷列夫终于毕业时，他的哥哥、姐姐们多已离开家，谋生去了。为了让成绩优秀的小儿子门捷列夫得以深造，母亲克服了无数困难，将家搬到了圣彼得堡。

来到圣彼得堡，门捷列夫考进了父亲当年就读的中央师范学院。化学家沃斯克列先斯基在这里任教，门捷列夫很有可能就是听他的课，对化学产生了兴趣。沃斯克列先斯基的讲演被门捷列夫仔细地记录下来，手稿至今还保存在博物馆里。

入学后不久，门捷列夫最敬爱的母亲也逝世了。临终时，玛丽亚对门捷列夫说：“不要幻想，要坚持工作，耐心地寻求科学的真理吧……”门捷列夫对此感触颇深，因此在余生中，他一直秉持科学上的深入钻研精神，不懈努力。

没有了父母的陪伴，16岁的门捷列夫孤身一人，踏上了艰辛的科学道路。