Затем Вернадский поступил на физико-математический факультет Петербургского университета. В годы студенчества на Вернадского большое влияние оказал преподаватель минералогии В.В Докучаев. Докучаев и предложил своему ученику заниматься минералогией и кристаллографией. Уже через несколько лет появились первые работы Владимира о грязевых вулканах, о нефти, а затем философские статьи.

В 1885 году Владимир окончил университет и был оставлен в нём для ведения научной работы. Тогда же он женился на Наталье Егоровне Старицкой. В 1887 году у них родился сын Георгий, позже ставший профессором русской истории Йельского университета США. Владимир Иванович уезжает на два года в заграничную командировку (Италия, Германия, Франция, Англия, Швейцария). Он работает в химических и кристаллографических лабораториях, совершает геологические экспедиции, знакомится с новейшей научной и философской литературой.

Вернувшись в Россию, Вернадский становится приват-доцентом кафедры минералогии Московского университета. Отлично защитив магистерскую диссертацию, начинает чтение лекций. В 1897 году приходит черёд защиты докторской диссертации («Явления скольжения кристаллического вещества»). Вскоре его пригласили в Московский университет заведовать кафедрой минералогии и кристаллографии. Здесь на протяжении многих лет Владимир Иванович читал лекции и провёл немало прославивших его научных исследований. В том же 1898 году рождается дочь Нина, впоследствии ставшая психиатром.

Оставаясь учёным-профессионалом, преподавателем, мыслителем, Вернадский никогда не чурался, как мы теперь говорим, общественной работы, принимал близко к сердцу все невзгоды и трудности, выпадавшие на долю родной страны. В голодные годы он много времени, сил и средств потратил на организацию помощи голодающим.

В 1906 году Вернадского избирают членом Государственного совета от Московского университета. Два года спустя он становится экстраординарным академиком.

С 1906 по 1918 год выходят в свет отдельные части его фундаментального труда «Опыт описательной минералогии». С этой поры начинается расцвет его творчества. В то время эта наука ставила перед собой весьма ограниченные цели. Минералоги считали, что их задача должна сводиться в основном к всестороннему описанию минералов и систематизации их. Условиями образования минералов тогда интересовались мало.

Вернадский подошёл к минералогии с совершенно новой точки зрения: он выдвинул идею эволюции всех минералов и тем самым поставил перед минералогией новые задачи, значительно шире и глубже прежних. Главная цель минералогии, по Вернадскому, — изучение истории минералов в земной коре.

Минералоги не могут ограничиваться изучением лишь химического состава и физических свойств минералов, но должны обращать особое внимание на условия образования минералов и дальнейшую их «жизнь» в различных частях земной коры, на те изменения, которые происходят при метаморфизме и выветривании. Он установил пути превращения одних минералов в другие и указал на громадную роль этих процессов, в частности при образовании месторождений полезных ископаемых.

Минералогия, по определению Вернадского, является химией земной коры и историей слагающих её минералов. Жизнь полностью подтвердила правильность намеченного им пути развития этой важной науки.

Владимир Иванович внёс много нового в изучение различных групп минералов. Особенно ценны его исследования соединений углерода (основы всего живого на Земле) и силикатов — группы минералов, составляющих главную массу земной коры. На основе разработанных им идей Владимир Иванович систематизировал данные о большинстве минералов и дал новую классификацию их.

Одним из первых профессоров университета Вернадский начал работать на открывшихся в Москве Высших женских курсах. Однако в 1911 году его деятельность в стенах университета прервалась: вместе с крупнейшими учёными того времени профессор минералогии ушёл из Московского университета, протестуя против полицейского режима, который пытался ввести в российских учебных заведениях министр просвещения Кассо. Он переезжает в Петербург.

Здесь Вернадский стал директором Геологического и минералогического музея Академии наук. По инициативе и под председательством Владимира Ивановича в 1915 году создаётся Комиссия по изучению естественных производительных сил России при Академии наук (КЕПС). Эта уникальная научная организация объединила многих видных русских учёных. Комиссия проводила огромную научно-исследовательскую работу, выпускала монографии и справочники, организовала целый ряд комплексных экспедиций. От неё впоследствии отделились многочисленные научные институты: Почвенный, Географический, Радиевый, Керамический, Оптический и т. д.

Владимир Иванович, избранный в 1916 году председателем учёного совета при министерстве земледелия, продолжал научные исследования, публикуя статьи по минералогии, геохимии, полезным ископаемым, по истории естествознания, организации науки, метеоритике.

В 1917 году здоровье Вернадского ухудшилось. У него обнаружили туберкулёз. Летом он уехал на Украину. Бурные события гражданской войны застали его в Киеве. Здесь он активно участвует в создании Украинской академии наук и избирается её президентом.

Это была первая национальная академия наук нашей страны. Организация её была очень трудным делом: всегда тяжело первому проводить столь сложное мероприятие, да ещё в такое необычайно трудное время. Создание Украинской академии наук стало ярким проявлением организационного таланта Вернадского. Позже Вернадский был инициатором создания ряда академических учреждений нашей страны. Со времён Ломоносова никто так много не сделал для организации отечественной науки.

Но главной для Вернадского оставалась научно-теоретическая работа. В годы пребывания в Киеве, Полтаве, Староселье (на биологической станции), Харькове, затем в Ростове, Новороссийске, Ялте, Симферополе он разрабатывал основы учения о геохимической деятельности живого вещества. Ему предлагали эмигрировать в Англию, но он остался на родине.