Ломоносов принял деятельное участие в опровержении теории теплорода, господствовавшей в то время в науке. Он составил обширную программу исследований свойств растворов. Значительное внимание Ломоносов уделил исследованиям атмосферного электричества. Ломоносов самостоятельно сформулировал законы сохранения материи и движения, разработал учение о природе цветов. 26 мая 1761 во время прохождения Венеры по диску Солнца Ломоносов открыл существование у нее атмосферы, впервые правильно истолковав размытие солнечного края при двукратном прохождении Венеры через край диска Солнца. Доказал органическое происхождение нефти, торфа и каменного угля. Ломоносов разработал обширный план получения как физико-географических, так и экономико-географических данных для составления «Атласа» с помощью организации географических экспедиций, а также обработки ответов на специальные анкеты, разосланные в различные пункты страны. Ломоносов исследовал морские льды и дал первую их классификацию. В течение многих лет он разрабатывал технологию получения цветного стекла на бисерной и мозаичной фабрике, построенной в Усть-Рудицах (близ Петербурга) . Цветные стекла использовались для создания мозаик. Он сам создал ряд мозаичных портретов (например, портрет Петра I) и монументальную мозаику «Полтавская баталия» (1762-64).
В 1755 во многом благодаря усилиям Ломоносова был основан первый в России Московский университет, который ныне носит его имя.
Ломоносов был крупнейшим русским поэтом-просветителем 18 в. , одним из основоположников силлабо-тонического стихосложения.
Как ученый, он уделял огромное внимание разработке языка русской науки, создал химическую русскую номенклатуру. В России Ломоносов стал создателем оды как жанра философского и высокого гражданского звучания. Ломоносов также — автор поэм, поэтических посланий, трагедий, сатир, фундаментальных филологических трудов и научной грамматики русского языка.
С 1751 он начал работать по подлинным документам над «Древней Российской историей от начала Российского народа до кончины великого князя Ярослава Первого, или до 1054 года» (1-2 части) , опубликованную в 1766.
Его «Краткий Российский летописец с родословием» (1760) представляет собой перечень важнейших событий до эпохи Петра I включительно. Также Ломоносов принимал участие в подготовке материалов для «Истории Петра Великого» Вольтера