Как минералог, Вернадский начинал работы на фундаменте опи- сательной минералогии. Линней в книге «Системы природы» сделал полные описания минералов, но они у него — застывшие во времени камни, лишенные движения. В пятитомном сочинении Бюффона «Естественная история минералов» уже сделана первая попытка перехода к истории минералов. Изучая историю естествознания, Вернадский замечает, что Бюффона использовали в своих построениях Руссо, Дарвин, другие естествоиспытатели. Непрерывный во времени поток идей...
К началу XX века минералогия оставалась еще описательной наукой, происхождение многих минералов было неизвестно. Вернадский уже в своих минералогических работах показывает, что минералы являются продуктом природных химических процессов. Им создается генетическая минералогия и химические основы систематики и классификации материалов. По Вернадскому, минералы — особая форма комплексных соединений химических элементов, они представляют собой следы происходивших когда-то на Земле физико-химических процессов. На основе не кабинетных рассуждений, а большого экспериментального и экспедиционного опыта Вернадский утверждает, что география минералов имеет также право на существование, как и география животных и география растений.
В 1886 г. Вернадский начал работу в Петербургском университете в должности хранителя минералогического кабинета кафедры минералогии. Затем он уезжает за границу, где продолжает изучение минералов. 1 августа 1988 г. в письме к жене он пишет: «Я, кажется, научусь здесь... знанию минералов, умению различать их не только друг от друга, но и определять местности, откуда тот или другой минерал происходит». С 1884 по 1914 гг. Вернадский посетил различные минералогические музеи России, Европы и Северной Америки с целью расширения своих знаний по минералогии.
В 1890 г. Вернадский поступил на работу в Московский университет. Он застал состояние коллекций по минералогии в полном беспорядке: значительная часть минералов лежала в кучах без этикеток, каталоги отсутствовали. Отведенная для коллекций площадь была неприспособленной и явно недостаточной. Вернадский энергично принялся за приведение в порядок коллекций, приобретение оборудования, расширение штатов сотрудников. Начались хлопоты о строительстве специального музейного здания. Только в 1911 г. царское правительство приняло решение о строительстве здания для минералогического и геологического музеев Московского университета (здание было выстроено в 1918 г.).
В 1896 г. Вернадский впервые в истории университета проводит со студентами минералогические экскурсии по Подмосковью и Уралу; в дальнейшем такие экскурсии стали обязательны для учебной программы. Ему принадлежит инициатива приобретения любительских минералогических коллекций. Но каждый минерал — это сложное химическое соединение. Изучая происхождение и развитие минералов, их распространение, — мы изучаем химическую эволюцию вещества Земли. Так, еще в минералогических экскурсиях Вернадский задумался над проблемами геохимии, из генетической минералогии начинала вырастать принципиально новая научная дисциплина, предпосылки для возникновения которой ранее существовали только в самом общем виде. Изучение химии минералов позволило Вернадскому перейти к исследованию химических элементов горных пород и рудных месторождений земной коры, выяснению их роли и места в геологической истории Земли. Свидетельством высокой оценки современниками работ Вернадского по минералогии стало избрание его в 1906 г. в Академию наук по минералогии и назначение заведующим Минералогическим отделением Геологического музея имени Петра Великого.
Вернадский приглашает для работы широкий круг ученых — минералогов, геологов, химиков: А. Е. Ферсмана, В. Н. Сукачева, Е. Д. Ревуцкую... Начинают издаваться «Труды» Геологического музея, в них печатаются статьи Вернадского и его учеников.
Как кристаллограф, Вернадский занимается исследованием пространственной структуры минералов, отвлекаясь от их динамики. Как почвовед, минералог, геолог он изучает изменение тех же объектов во времени, при этом пространственный аспект часто отодвигается на второй план. Занятия кристаллографией привели Вернадского к проблемам строения материи, зависимости ее свойств и состояния от этого строения. Именно на этом глубинном уровне по его мнению следует искать объяснение непонятным явлениям природы.
Сначала в Метеоритном отделе Минералогического музея, затем в специально организованной Комиссии по метеоритам под его руководством создается коллекция метеоритов. Они представляются Вернадскому продуктами внеземных химических реакций. С их помощью он стремится проникнуть в далекое прошлое минералов Земли.
Жизнь минералов Вернадский связывает с жизнедеятельностью живых клеток. Протягиваются связующие нити от геохимии и минералогии к биогеохимии, которую он только что начинает формировать как науку.
С ростом интереса к явлениям радиоактивности и появлением необходимости изучения месторождений радиоактивных минералов под руководством Вернадского начинается подбор всех известных в те годы радиоактивных минералов. Для этого используются всевозможные пути: экспедиции учеников, поездки за рубеж, обмен с заграничными музеями, подарки зарубежных ученых из минералогических коллекций.
Как своеобразный минерал рассматривает Вернадский воду. Им формируется самостоятельное научное направление — минералогия природных вод. Ее основное содержание: 1) о вездесущности воды в верхней части планеты; 2) о единстве природных вод; 3) о разных формах связи природных вод с окружающей средой (между молекулами воды, между водой и газами, между водой и жидкостями, между водой и твердыми телами, между водой и организмами); 4) о геосферах, слагающих земную кору и ее облекающих, проникнутых каждая своими водами и отвечающими им «неоднородными равновесиями»; 5) диссимметрии земной коры, резко разделяющей воды суши и воды Мирового океана; область диссимметрии распространяется в пределах тропосферы, гидросферы, коры выветривания, стратисферы, метаморфической геосферы и гранитной геосферы; 6) о закономерной смене подземных атмосфер в геосферах, что отражается на газовой составляющей природных вод; 7) о большой зависимости природных вод биосферы от их географического места на поверхности планеты; 8) о динамической, физической, химической зональности природных вод, в том числе и подземных; 9) об энергетике природных водных растворов в земной коре; 10) об основах минералогической классификации природных вод. Работы Вернадского в этой области определили дальнейшие направления в изучении вод Земли в гидрологии и других науках, изучающих природные воды и их связи со средой.
Видный гидрогеолог Н. И. Толстихин, работавший с В. И. Вернадским, считает, что учение Вернадского о природных водах оказало прямое воздействие на следующие исследования в гидрогеологии (начатые еще при жизни ученого): 1) учение о минеральных водах, стимулируя переход от изучения минеральных источников к изучению месторождений минеральных вод и к разработке различных классификаций минеральных вод; 2) учение о физико-географической зональности природных вод, в том числе и подземных вод, и о глубоком проникновении этой зональности в недра Земли; 3) учение о гидродинамических и гидрохимических зонах Земли; 4) учение о связи подземных и поверхностных вод; 5) становление генетической классификации подземных вод; 6) более углубленное изучение свойств подземных вод; 6) более углубленное изучение свойств подземных вод и их анализе (макро- и микрокомпонентного состава), а также анализе газов, органического вещества в водах, изотопии вод и их компонентов (минеральных, газовых и др.); 7) изучение иловых вод озер, морей, океана и вод седиментационных; 8) изучение взаимосвязи физически и химически связанных вод с капельножидкими водами; 9) в палеогидрогеологии — в изучении геологической истории и истории подземных вод; 10) в учении о гидротермальном режиме земной коры, о роли воды в переносе тепла; 11) в изучении роли организмов (биосферы) в формировании природных вод, микробиологии вод, нефтяных вод и газов, нефти; 12) изучение радиоактивности вод — возникновение радиогидрогеологии; 13) учение о месторождениях полезных ископаемых, изучение рудообразующих растворов и флюи- дов (в частности, водных растворов, выносящих рудное вещество из руд и из вмещающих рудное тело пород, а также из магмы); 14) возникновение поисковой гидрогеологии на базе химии и геохимии природных вод и их динамики; 15) учение о гидросфере; 16) мерзлотоведение.