Вошёл в науку как первый химик, который дал физической химии определение, весьма близкое к современному, и предначертал обширную программу физико-химических исследований; его молекулярно-кинетическая теория тепла во многом предвосхитила современное представление о строении материи и многие фундаментальные законы, в числе которых одно из начал термодинамики. Открыл наличие атмосферы у планеты Венера.
В 1740 году по инициативе М.В.Ломоносова была издана книга Фонтенеля: «Разговор о множестве миров». Книга вызвала сильнейшее раздражение и негодование Священного Синода. Священнослужители задавали вполне резонный, на их взгляд, вопрос: «Если бы планета Марс имела обитателей, то кто бы их крестил?». Книгу, по их мнению, следовало «везде отобрать и прислать в Синод», а Академии наук запретить печатать «как о множестве миров, так и о всём другом, вере святой противном».
В конце концов, это издание изъяли и уничтожили. Святейший Синод православной христианской церкви в 1757 году потребовал придать сожжению произведения Михаила Ломоносова, чуть позже обвинил великого русского ученого в распространении в рукописи антиклерикальных произведений по ст.ст. 18 и 149 Воинского Артикула Петра I, предусматривавшим смертную казнь.
Представители духовенства требовали сожжения Ломоносова. Архимандрит Д. Сеченов — духовник императрицы Елизаветы Петровны — был серьезно встревожен падением веры, ослаблением интереса к церкви и религии в русском обществе. А когда, М.В. Ломоносов попал в опалу из-за своих разногласий с немецкими учеными, составлявшими в XVIII веке костяк Академии наук, то именно архимандрит Д. Сеченов в своем пасквиле на Ломоносова, требовал сожжения ученого. Смерть Михаила Ломоносова тоже была внезапной и загадочной, и ходили слухи о его преднамеренном отравлении. Очевидно, то что нельзя было сделать публично, его многочисленные недруги довершили скрытно и тайно.