Поступив на физико-математический факультет Петербургского университета, Вернадский мог полностью удовлетворить свою самостоятельность в научных исследованиях.
Одна из первых работ В. И. Вернадского была посвящена почвенным роющим зверькам – овражникам (сусликам). В те годы он впервые стал всерьез задумываться над проблемой минералов. Ему предложено сотрудничать в Минералогическом кабинете университета. Ломоносовская традиция российской минералогии стала научным направлением Вернадского на два последующих десятилетия.
Большое влияние на него в годы студенчества оказали В. В. Докучаев и Л. Н. Толстой. Здесь он уже увлекается изучением Земли. Молодой ученый неоднократно принимал участие в экспедициях по изучению почв Нижегородской губернии под руководством Докучаева. Но сфера научных интересов Вернадского в то время не ограничивалась минералогией. Он занимался и достиг значительных результатов также в геологии, кристаллографии, истории.
В то же время Вернадский искренне увлекся учением Толстого и разделял многие его сомнения. Однако Толстой не верил в то, что наука способна удовлетворить стремление человека найти «смысл жизни», примириться с неизбежностью смерти, обосновать высокие моральные принципы. В отличие от Толстого, Вернадский всю свою жизнь сохранял веру в научное знание и стремился найти ответ на множество вопросов бытия на основе логического анализа фактов, достоверных сведений о мире и человеке.
Хотя Вернадский много путешествовал, встречался с разными интересными людьми, главными для него оставались напряженная духовная деятельность, размышления, познание природы. Работая хранителем Минералогического кабинета Московского университета, ученый много ездит, работает в химических и кристаллографических лабораториях, совершает геологические экспедиции. В 1897 году Вернадский защищает докторскую диссертацию по теме «Явления скольжения кристаллического вещества». В 1906 году его избирают членом Государственного совета от Московского университета. Два года спустя он делается экстраординарным академиком. По инициативе и под председательством Вернадского в 1915 году создается комиссия по изучению естественных производительных сил России при Академии наук. В конце 1921 года Вернадский основал в Москве Радиевый институт и был назначен его директором. В 1926 году выходит его знаменитая работа «Биосфера», после чего он пишет массу исследований о природных водах, круговороте веществ и газах Земли, о космической пыли, геометрии проблемы времени в современной науке. Но главной для него остается тема биосферы – области жизни и геохимической деятельности живого вещества.