В 1748 году была построена химическая лаборатория – первая в России научно-исследовательская и учебная лаборатория. Химическая лаборатория стала местом, где Ломоносов в 50-х годах с громадным увлечением занялся совсем новым, большим и своеобразном делом – мозаикой. Задача эта вполне подходила к характеру и вкусам Ломоносова; в ней переплелось изобразительное искусство с химией цветного стекла, оптикой и техникой. Ломоносов эту задачу решил с начала до конца. Ему пришлось выполнить многие тысячи пробных плавок по изготовлению разных сортов цветного зарухшего стекла, разработать способы компановки стеклянных кусочков в прочную мозаичную картину и обеспечить художественное достоинство этих картин.

Также Ломоносов хотел, чтобы в России появились учебники физики, считая физику одной из главных наук. В 1752 году, Ломоносов приступил к созданию целостного курса ”Истинной физической химии”. До нас дошло только ”Введение”, которому должны были следовать две другие части, посвящённые экспериментальной и эмпирической частям физической химии. Однако вследствие ряда неоконченной само ”Введение”, которое начинается с определения новой науки: ” Физическая химия есть наука, объясняющая на основании на положение и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях. Она может быть названа также химической философией¼”.

Для того чтобы выяснить, что происходит в смешанных телах при химических реакциях, нужно узнать химический состав тел или, выражаясь языком Ломоносова, определить те ”начала”, из которых данное вещество состоит. В этих ”началах”, нельзя отделить друг от друга ”никакими химическими операциями или различить рассуждением разнородные тела”. Частные качества тел могут быть разделены на две группы, в первую из которых Ломоносов относит зависящие ”от различного сцепления частиц “- твердость или жидкость тела, жесткость, ковкость, хрупкость, текучесть и тому подобное. Величиной силы сцепления частиц обусловлена и упругость тел, то есть способность восстанавливать свою форму после прекращения деформирующего воздействия. Ко второй группе частных качеств Ломоносов относит цвет, прозрачность, вкус и запах. Каждое из качеств этой группы может быть, как и цвет, - простым или сложным. Однако, ”которые из них простые, которые сложные, можно объяснить не раньше, если когда будет известна природа начал ”.

Домашняя лаборатория в Петербурге была не у одного Ломоносова. Известна трагическая смерть академика-физика Рихмана, проделавшего у себя дома опыты с атмосферным электричеством, во время грозы 26 июля 1753 года, в то время как Ломоносов по соседству у себя дома экспериментировал с ”громовой машиной”. Вскоре 25 ноября 1753 года Ломоносов, в связи с этим печальным событием, на публичном заседании Академии произнёс ”Речь о явлениях воздушных, от Электрической силы происходящих, с истолкованием многих других свойств натуры” объясняя атмосферное электричество восходящими и нисходящими воздушными токами по причине ”трения частичек паров”. В этой ”Речи” он отрицал наличие какой-либо ”электрической жидкости”, показал идентичность атмосферного и ”искусственного” электричества: ” Произведённые через искусство электрические искры, которые к приближающемуся персту с треском выскакивают, суть одного свойства с громовыми ударами”. В ”Речи” Ломоносов высказал соображения о причинах возникновения атмосферного электричества.

В 1756 году Ломоносов повторил опыт Бойля, который в конце CVII века взвешивал металл до и после прокаливания и установил, что после прокаливания вес металла увеличивается. При этом металл взвешивается до запаивания колбы и после изъятия из неё, а прокаливался в запаянной колбе. В отличие от Бойля Ломоносов взвесил колбу с запаянным в ней металлом до и после прокаливания и установил, ”что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес металла остаётся в одной мере”. Эта запись в отчёте о его работе за 1756 год обычно интерпретируется как экспериментальное подтверждение закона сохранения веса при химических реакциях.

Несколько позднее, в 1756 году, в ”Слове о происхождении света, новую теорию о цветах представляющем” Ломоносов обнародовал результаты своих размышлений и опытов по приложению ”корпускулярной философии” к оптическим явлениям. В этом слове он отвёрг теорию истечения света Ньютона и предпочёл ей ”волновую” гипотезу Декарта и Гюйгенса, но преобразовал её в соответствии со своими представлениями.

Ломоносов полагал, что мировое пространство заполнено эфиром, который состоит из материальных частиц трёх разных диаметров. Свет передаётся колебательным движением эфирных частиц, а поскольку они находятся в непосредственном контакте друг с другом, то ”распростертие света”¾ его скорость имеет очень большую величину. От Солнца до Земли свет доходит ”в каждые восемь минут”.

По предположению учёного, белый свет состоит из красного, жёлтого и голубого. Первый из них передаёт частицы эфира, имеющие самый крупный диаметр, жёлтый ¾ средние, а голубой ¾ самого малого диаметра. ”Прочие цвета рождаются от смешивания” этих трёх.

В ”зацеплении” своими правильно организованными на поверхности выступами и впадинами могут находиться лишь частицы одинакового диаметра. ”Видя строение, сея системы, посмотрим на её движение. Когда солнечные лучи свет и теплоту на чувствительные тела простирают, тогда зыблющимся (колебательным) движением эфирные шарички к поверхности оных прикасаются и прижимаются, коловратным (вращательным) движением об оную трутся. Таким образом, совместные эфирные частицы сцепляются с совместными себе частицами первоначальных материй, тела составляющих”. Дальнейший ход событий, по Ломоносову, выглядит следующим образом: если на поверхности тела имеются частицы всех трёх ”первоначальных материй”, тогда с ними вступают в ”зацепление” все три вида эфирных частиц, через ”совмещение теряют коловратное движение” и ”тела тогда показываются чёрными”. Остальные цвета получаются при совмещении одного или двумя родами частиц ”первоначальных материй”. Таким образом, ”цветов причина есть коловратное движение эфира, которое теплоту купно сообщает земным телам от Солнца”.

В 1757 году Ломоносов был назначен начальником Географического департамента при Академии. Ему пришлось войти, прежде всего, в трудное дело организации исправления географических карт. Натура Ломоносова впрочем, была такова, что и этой новой областью он занялся с увлечением. В 1759 году он читает в Академии ”Рассуждение о большой точности морского пути”, содержащее разбор методов определения долготы и широты, проект международной Мореплавательной академии, мысли о земном магнетизме. В 1763 году Ломоносов составляет ”Краткое описание разных путешествий по северным и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию”. Он выдвигает проект Великого северного пути и указывает, что, по мнению его, единственный путь для достижения Северного Полюса лежит между Шпицбергеном и Новой Землёй. К географическим работам Ломоносова можно также отнести его ”Мысли о происхождение ледяных гор в северных морях”, представленные им в шведскую Академию наук, членом-корреспондентом которой он был. В этом мемуаре высказывается правильное мнение о том, что ледяные поля возникают в устьях больших северных рек. Ломоносов не только был физиком, химиком, географом и поэтом, но и хорошим астрономистом.