Но Докучаева интересовала самая обыкновенная поверхность земли - наносы, овраги, реки и почвы. То, чем он только и хотел заниматься и что считал важнейшим для миллионов людей, - это была наука, которой не существовало. Не существовало не только в России, но и, как бы сказали в наше время, на «цивилизованном» Западе.
Докучаев становится хранителем университетского геологического кабинета, как секретарь (с 1874 года) отделения геологии и минералогии Общества естествоиспытателей он много ездит по России, занимаясь любимым делом. Это позволило ему подготовить и защитить магистерскую (по современным представлениям - кандидатскую) диссертацию на тему «Способы образования речных долин Европейской России».
Докучаев понял, что отныне жизнь его определена. Его задача -разгадать, понять, изучить чернозёмы, великое богатство родины, на них, через них выяснить и показать общие законы, управляющие почвенным покровом земного шара.
Докучаев не знал, что первым подошёл к разгадке чернозёма величайший русский учёный Ломоносов, который в 1742-43 годах писал: «Итак, нет сомнения, что чернозём не первообразная и не первосозданная материя, но произошёл от согнития животных и растущих тел со временем...». Пока же Докучаев сделал один важный вывод — мало фактов, и он составляет «программу исследования чернозёма».
Докучаев не просто теоретизировал на основании двух-трёх десятков или сотен фактов, это были исследования и описания вида «где, как, что» — так описывает географ вновь открытую страну. Докучаев старательно изучает границы чернозёма, эти ломаные линии, за которыми лежат «серые лесные земли» на севере, а на юге, примыкая к «шоколадным» почвам степей Причерноморья, земли «каштановые с бурыми».
Докучаев старательно изучает границы чернозёма, изучает чернозём «горовой», предельно чёрный, косые пласты чернозёмов склонов, мощный коричневый чернозём долин, Белгородские песчаные чернозёмы, солонцеватые - на Харьковщине и Полтавщине, скелетные и грубые - с Южного Урала, эоловый, ветром навеянный чернозём рыхлых холмиков и почвенных «дюн» под Брянском.
В степях стоят курганы - скифские, Батыевы с наросшим слоем земли, и Докучаев отыскивает и описывает стоянки каменного века, собирает коллекции первобытных орудий, что позволяет высоко оценить заслуги Докучаева как археолога.
Он заканчивает большую работу, дающую ответ на вопрос «что такое почва?». Почва - это особое природное тело, вернее, целая самостоятельная категория тел. От горных пород они отличаются резко. Есть свои определённые законы развития их, и по этим законам их и надо познавать; есть своя закономерность и в распространении почв.
А факторы, которые своим совместным действием образуют почвы, - это органическая жизнь (прежде всего растительность и низшие организмы), климат, рельеф, высота местности; Докучаев добавляет ещё, что надо знать, конечно, исходную «материнскую породу» и «возраст» (почвенный и геологический) страны.
Чернозём образован накоплением перегноя травянистой степной растительности. «Материнскими породами» здесь были лесс, мел, глины, выветренные граниты. То, что многим казалось парадоксом, - это важнейший, основной факт: лес с его гигантскими массами отмирающей растительности не только не создавал чернозёма, но останавливал его образование всюду, где вторгался в степи.
Чернозёмная полоса ограничена сложным комплексом природных условий. Слишком мало перегноя накапливают знойные, сухие, бедные жизнью степи крайнего юга. Северный рубеж чернозёма совпадает в общем с изотермой +20°С.
Защита докторской диссертации Докучаева «Русский чернозём» состоялась в 1883 году. Эта работа, решительно порывавшая со всеми принятыми, идущими, главным образом, от немецкой геологической школы воззрениями на почву, открывала перед наукой новый мир фактов и явлений.
Одним из оппонентов по докторской диссертации Докучаева был Менделеев - гроза диссертантов. Великий химик и универсальный естествоиспытатель во время защиты диссертации, по словам современников, «рассыпался в похвалах». Так родилась новая наука, которая получила не традиционное греко-римское название, а русское - «почвоведение».
«Докучаевская идея почвообразования состоит в том, что почва образуется взаимодействием сил на поверхности земли: горных пород, воды, ветра, солнца и живых организмов, тогда как раньше её считали чем-то вроде горной породы. Докучаев доказал, что почва - живое образование» (Аксёнов).
В качестве профессора (по манере чтения лекций его сравнивали с Менделеевым) Докучаев преподаёт в университете минералогию, но его влияние на студентов выходило за рамки преподаваемого предмета, он начинает большую программу изучения почв, мечтая составить почвенную карту всей России.