Павлов был подлинным энциклопедистом ломоносовского склада. В 1819 году он сформулировал свою теорию о строении атомов, в которой предвосхитил современные представления по этому вопросу. Он писал: «Элементы имеют планетарное строение… Первый элемент построен из плюс и минус заряда». Таким образом, еще в начале XIX века русский ученый высказал совершенно правильное мнение о строении атомов. Выдающийся русский химик-органик В. В. Марковников указывал, что в двадцатых годах прошлого столетия Павлов «по своим познаниям стоял выше всех московских химиков».
Глубокие познания в области физики позволили Павлову создать очень интересный курс физики, в котором главное внимание уделялось электричеству — проблеме в то время очень новой.
«Кажется, недалеко то время, — писал он в 1836 году, — когда электричество, сделавшись всеобщим средством освещения, заменит собою горение всех потребляемых на то материалов, как теплота в парах водяных заменила неимоверное количество силы механической. В способности тому электричества сомневаться невозможно; нужно только явление изобретательного человека, могущего приспособить этот чудесный огонь к ожидаемому употреблению».
После того как напуганное восстанием декабристов правительство Николая I закрыло в 1826 году в университете кафедру философии, рассматривая ее как «мудрствование человеческого ума», противное «божьему изволению», лекции Павлова по физике и сельскому хозяйству стали одновременно и лекциями по философии.
Павлова не удовлетворяла идеалистическая философия Шеллинга. В своих взглядах на природу он стоял на передовых позициях. «Движение доминирует в природе», — провозглашал Павлов. Говоря о различных «телах и явлениях» природы, он замечал: «Ежели к сим произведениям подойти, так сказать, ближе, если будем проникать глубже сию совокупность видимого, то не можем не заметить, что сие нечто содержимое, издали кажущееся покойным, все же находится в движении».
Выдающийся русский революционер-демократ А. И. Герцен, слушавший лекции Павлова в Московском университете, с благодарностью вспоминал профессора-энциклопедиста, прививавшего студентам передовые философские воззрения. Герцен говорил, что павловские курсы «были чрезвычайно полезны. Павлов стоял в дверях физико-математического отделения и останавливал студентов вопросом: ты хочешь знать природу? Но что такое: природа? Что такое: знать? Это чрезвычайно важно; наша молодежь, вступающая в университет, совершенно лишена философского приготовления, одни семинаристы имеют понятие о философии, зато совершенно превратное». А. И. Герцен вспоминает «необычайную ясность изложения» философских вопросов на лекциях Павлова. Язык этих лекций Герцен противопоставлял «искусственному, тяжелому, схоластическому языку немецкой науки». «Увлекателен был Павлов, — писал другой его ученик, — озаривший новым блеском области естествознания… Логические устремления профессора действовали сильно на умы юношества и приносили пользу в системе построения наук».
И вот этот выдающийся ученый своего века, талантливый физик и химик, постепенно почти целиком переключается на агрономические вопросы. Это следует объяснить исключительно его стремлением поставить науку на службу практике. А в России это можно было сделать лишь отчасти в области сельского хозяйства. В 1820 году Павлов был избран профессором кафедры минералогии и сельского домоводства Московского университета. С открытием общества сельского хозяйства ученый сразу же принимает участие в его работе. Руководители общества назначают Павлова директором Земледельческой школы, а через несколько лет в его заведование переходит и опытный хутор общества. В течение полутора десятков лет, почти до самой своей смерти, Павлов не расстается со школой и хутором. А после кончины ученого-энтузиаста они в течение нескольких десятилетий продолжают жить «павловским заквасом».
Павлов совершил продолжительную поездку за границу, долго был в Германии, знакомясь там с состоянием сельского хозяйства. Он встречался с известным немецким агрономом А. Тэером (1752–1828) и изучил его фундаментальный труд «Основания рационального сельского хозяйства». Отдавая должное Тэеру, настойчивому пропагандисту хорошей обработки почвы, применения органических удобрений и других улучшений в сельском хозяйстве, Павлов хорошо понимал, что немецкие рецепты не всегда могут быть использованы в России. Нужно было бороться за русскую самобытную агрономию, основанную на опытах и практике отечественного сельского хозяйства.
