Позже Вернадский был инициатором создания ряда академических учреждений России. Но главной для ученого оставалась научно-теоретическая работа. В годы пребывания в Киеве, Полтаве, Харькове, затем в Ростове, Новороссийске, Ялте, Симферополе он разрабатывал основы учения о геохимической деятельности живого вещества. Вернадскому предлагали эмигрировать в Англию. Он остался на родине, и от украинского гражданства, предложенного гетманом Скоропадским, тоже отказался.
1923–1926 годы ученый провел за границей, ведя большую научно-исследовательскую и преподавательскую работу. Выходят в свет его лекции по геохимии, статьи по минералогии, кристаллографии, геохимии, биохимии, химии моря, эволюции жизни, а также о геохимической деятельности и будущем человечества. Вернувшись в 1926 году на родину, Вернадский публикует свою знаменитую монографию «Биосфера».
С юношеских лет Владимир всерьез задумывался о жизни и смерти, о связи поколений, о цели человеческого существования – и отдельной личности, и всего человечества. Жизнь – не случайное явление на земной поверхности. Она теснейшим образом связана со строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме исполняет важные функции, без которых он не мог бы существовать. Ею в действительности определяется не только картина окружающей нас природы, создаваемая красками, формами, сообществами растительных и животных организмов, трудом и творчеством культурного человечества, но ее влияние гораздо глубже, проникает в более грандиозные химические процессы земной коры. Однако самые точные формулировки и характеристики не исчерпывают проблем жизни. В. И. Вернадский первым стал исследовать жизнь как целое, как геологически своеобразное живое вещество, характеризующееся весом, химическим составом, энергией и геохимической активностью. Он подчеркивал, что за геологическую историю организмы, по-видимому, осваивали новые области планеты, приспосабливаясь к многообразным природным условиям и участвуя в их изменении.
Все биокосмические компоненты научного мировоззрения В. И. Вернадского покоятся на такой фундаментальной идее: живое вещество, выступая в роли геологически самого мощного химического агента, не только приспосабливается к внешней среде, но и само созидает и формирует эту среду, действенно ее преобразует, приспосабливая ее к себе, создавая благоприятные условия для максимального проявления своих геохимических возможностей. Учение о живом веществе и биосфере, биогеохимия в настоящее время служат фундаментальными теоретическими и философскими основаниями уже существующих и вновь возникающих наук о Земле, которые иногда принято называть науками биосферного цикла. К ним относятся биоэкология, биогеоценология, экологическая биогеография, биогеология, медицинская экология, геогигиена, морская биология, геохимическая экология и др.
С 1927 года до самой смерти Вернадский занимал должность директора Биогеохимической лаборатории при Академии наук СССР. Владимир Иванович был учителем целой плеяды советских геохимиков.
В 1930 году Вернадский уже не смог выехать за рубеж даже за свой счет, несмотря на вызов Парижского университета. В те времена, видя Вернадского на свободе, многие недоумевали – как он уцелел в годы репрессий? Дело в том, что Вернадский обладал колоссальным теоретическим и практическим опытом в геологии, а недра – это валюта. К тому же даже в те трагические времена у ученого находились заступники.
В 1934 году Вернадские поселились в маленьком двухэтажном особнячке на Арбате, заняв второй этаж. Летом 1935 года здоровье Владимира Ивановича ухудшилось, и по рекомендациям кардиолога он уезжает на лечение за границу, в Карлсбад. После курса лечения он работает в Париже, Лондоне, в Германии. Это была его последняя зарубежная командировка: в Европе сгущались тучи будущей войны. Вернадский в последний раз встречается с дочерью Ниной, которая вскоре уехала в США и поселилась в Нью-Хейвене, недалеко от брата Георгия, который еще в 1927 году получил приглашение на кафедру русской истории в Йельский университет.
В годы репрессий Вернадский ушел со всех административных постов, оставаясь только научным консультантом (чтобы не участвовать в «чистках»). В это же время он был избран членом геолого-географического, химического, физико-математического отделений Академии наук.
Вернадский считал, что проблема возникновения жизни на Земле теснейшим и неразрывным образом связана с проблемой образования на нашей планете биосферы, вне и помимо которой жизнь на Земле не существует. Это придает проблеме возникновения жизни на Земле сложный и многоплановый характер. В такой постановке она выходит за рамки одной только биологии и смежных с ней наук и смыкается с рядом проблем астрофизики и космохимии, космологии и астрономии…