在门捷列夫年过半百的时候，他仍然保持着对科学探索的激情，他想升上天空去研究天空上层的气体。
门捷列夫决定在1887年8月19日这天升空，因为这一天是日食，是一个不可多得的机会。但是，要想升空需要做很多准备工作，首先遇到的困难是没有制作气球的经费。靠政府拨款是绝对行不通的，门捷列夫只好自己筹措。他还亲自设计、绘图，制成了气球和一个极其灵敏的气压计。在这个大氢气球下面，吊着可以容纳两个人的吊篮。由航空专家科克林驾驶气球，门捷列夫进行各种观察和研究。
这一天在众人的期待中终于来到了。当一切准备工作完成以后，发现气球的升力不够，无法同时装载两个人升空，这可怎么办？门捷列夫当机立断，决定自己升空。朋友们一听都愣了，一起劝门捷列夫：“你一个人升空太危险了，等下次准备好了再说吧。”
门捷列夫说：“我已经没有时间等了，机不可失。你们还记得吗？上一次日全食，也就是十九年前，法国天文学家发现了什么？他们把分光镜对准日食的太阳时，出现了一条明亮的黄色谱线。后来，人们都猜那是一种新的元素，他们把它取名为‘氦’。我至今仍怀疑这种新元素是否存在。如果没有那次的观察，那么我的怀疑也无从谈起。日食并不是随时都能发生的，我不能坐失良机。”
站在一旁的科克林说：“那就让我去吧！你从没驾驶过气球，你一个人升空实在太危险了！”
门捷列夫拿定主意，一定要自己亲自去，他知道有很多人都在等待他这次飞行。平时，门捷列夫崇拜化学家道尔顿，道尔顿的科学生涯就是以一场观察气象实验结束的。他笑着对朋友们说：“不用担心我，如果我在天上出现了意外的话，相信道尔顿先生会欢迎我的！”
气球在众人的关注中慢慢地升上了天空，越升越高，越升越高。门捷列夫在吊篮里专心致志地观察着日食，观察着气象现象。他看见太阳正一点点地被黑暗吞食，他拿着测验的仪器目不转睛地注视着。忽然，气球的操纵器出现了故障，气球随时都有可能坠落。在这料想不到的危险面前，门捷列夫这时却出奇地沉着，他冷静地观察了故障发生的情况，脑子里飞快地判断着故障发生的原因，考虑着排除故障的方法，最后他果断地爬上了气球的网绳。
地面上的人们看着吊篮里的门捷列夫慢慢地爬上了网绳，心都提到了嗓子眼儿里。幸运的是，门捷列夫成功地排除了故障，又安全地回到了吊篮里。
气球徐徐降落了，当完成观察任务的门捷列夫神态安详地跨出吊篮时，人们都情不自禁地欢呼起来。
因为这次升空飞行，法国气象航空学院授予了门捷列夫荣誉奖。