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. Основоположник научного мореплавания, заложил основы науки о стекле, открыл наличие атмосферы у планеты Венеры.

Оценивается как великий реформатор русского языка, определивший пути его дальнейшего развития в статусе языка национального, разрабатывал теорию русской риторики, сочинил одну из первых русских грамматик, первым разработал педагогическую теорию, заложил основы теории русского стихосложения, утвердил в русской поэзии силлабо-тоническую систему стихосложения. «Ода на взятие Хотина», написанная звучным четырехстопным ямбом, впервые введенным в русский стих, стала исходным рубежом новой эпохи русской поэзии. Также художник, генеалог, историограф, поборник развития отечественных наук, экономики, образования (разработал проект Московского университета, впоследствии названного в его честь).

Один из основателей славянской школы, направления российской историографии, представители которого стремились доказать глубокую древность и исконную высокую цивилизованность славян и русских, создатель антинорманизма — южнобалтийской гипотезы. Имел непростые отношения со Священным Синодом, но это связано не с верой, а с отношениями с конкретными его членами, хотя в некоторые мнениях (например, о множественности миров) Ломоносов расходился с учением Церкви. Устами движет Бог; я с ним начну вещать. Я тайности свои и небеса отверзу, Свидения ума священного открою. Я дело стану петь, несведомое прежним! Ходить превыше звезд влечет меня охота, И облаком нестись, презрев земную низкость