Вступив во владение своим поместьем, Ломоносов столкнулся с некоторыми порядками, весьма обычными в то время. Расквартированные по соседству солдаты Белозерского пехотного полка по приказу своего начальства незаконно рубили лес «на сделание к полковым надобностям колес и на жжение смолы» и самовольно наряжали крестьян с лошадьми в почтовую гоньбу. Уже в мае 1753 года Ломоносов обратился с челобитной в Мануфактур-контору и добился указа о том, чтобы постой свести и крестьян его от ямской гоньбы уволить.
В 1754 году при строительстве ропшинского дворца произошло столкновение ломоносовских крестьян с подрядчиком, который самовольно рубил лес. Подрядчик избил одного из крестьян до полусмерти, а другого свез в Ропшу в цепях. Управитель ропшинского имения, считавший себя при таком деле, что ему все может сойти безнаказанно, обнаглел до того, что на другой день послал чиновника забрать в Ропшу и остальных крестьян, участвовавших в столкновении. Ломоносов немедленно добился не только распоряжений от вотчинной канцелярии освободить задержанного крестьянина, но и нового указа, чтобы «фабричных ево Ломоносова крестьян ни к каким ответам без указу Мануфактур-коллегии не требовали и от фабрики не отлучали».
Главное здание фабрики было невелико. Сложенное из тяжелых бревен на каменном фундаменте, оно занимало всего восемь сажен в длину и шесть в ширину. Но высота его была тоже шесть сажен. Это делалось для того, чтобы стропила не занялись от раскаленных сводов печей или от огня, вырывающегося из топок. Обычно такие здания на стекольных заводах именуются «Гутта», но Ломоносов, и, конечно, вполне сознательно, именовал его «Лаборатория». Здесь находилось девять различных печей.
Рядом с «Лабораторией» находилось здание, которое называлось «мастерской» и состояло «из пяти покоев»: кладовая и покой «для развешивания материалов» с большими и малыми весами — по одну сторону «мастерской», и три покоя, где трудились шлифовщики, граверы и мозаичисты, а также хранились готовые мозаичные составы. Неподалеку стояла и мельница, где производился размол материалов и работали шлифовальные машины. Тут же была построена кузница, где выделывались и чинились выдувальные трубки и другие инструменты, потребные для стеклоделия.
За фабрикой виднелась «слобода для фабричных людей», состоявшая из четырех дворов, и особый дом для приезжих — с кухней, черной избой «людской», погребом, баней, конюшней, хлевом, сараями, амбарами и другими хозяйственными строениями и пристройками. Кругом тянулись длинные поленницы дров. Усть-Рудицы стали превращаться в цветущий, культурный уголок.
12 февраля 1754 года Ломоносов описывал Эйлеру свое поместье, где «достаточно полей, пастбищ, рыбалок, множество лесов, там имеется четыре деревни, из коих самая ближняя отстоит на 64 версты от Петербурга, самая дальняя — 80 верст. Эта последняя прилегает к морю, а первая орошается речками, и там, кроме дома и уже построенного стеклянного завода, я сооружаю плотину, мельницу для хлеба и лесопильную, над которой возвышается самопищущая метеорологическая обсерватория».
Короткие наезды в Усть-Рудицы Ломоносов использовал для изучения окружавшей его живой природы. Ломоносов всегда проявлял большой интерес к ботанике и был хорошо знаком с флорой окрестностей Петербурга. Еще в начале мая 1743 года он обращался в Академическую канцелярию с просьбой о выдаче ему для «обсерваций» (наблюдений) микроскопа, который ему нужен «особливо в ботанике, для того, что сие в нынешнее весеннее и летнее время может быть учинено удобнее». По-видимому, он сам составлял гербарии. Когда в 1761 году вышла в свет на латинском языке книга Степана Крашенинникова «Флора Ингрии», насчитывающая 506 названий растений, найденных в ближайших окрестностях Петербурга, то Ломоносов, ознакомившись с этим описанием, не преминул заметить, что в нем недостает указания на «колокольчик широколистый», обнаруженный им в своем имении. При издании дополнений к «Флоре Ингрии» в каталог было включено и это название со ссылкой на Ломоносова — Усть-Рудицы.
Обращаясь к наукам о живой природе, Ломоносов стремился поставить их на прочное физико-математическое основание и подчинить их единому всеобщему принципу понимания природы. В 1764 году в одном из своих проектов нового Академического регламента Ломоносов писал: «Анатом, будучи при том физиолог, должен давать из физики причины движения живого тела… Ботаник для показания причин растения должен иметь знание физических и химических главных причин».
В своем понимании задач изучения живой природы Ломоносов шел впереди своего века. Ему были чужды представления об особой «жизненной силе», якобы составляющей основу органической жизни, резко отделяющую ее от «неживой природы». Ломоносов, напротив, исходил из твердого убеждения в единстве законов, определяющих процессы, происходящие во всей природе. «Корпускулы движутся в животных — живых и мертвых, движутся в растениях — живых и мертвых, в минералах и неорганическом, следовательно во всем», — писал он в 1760 году. Живая природа находится в тесном взаимодействии с неживой, возникает и развивается из нее.
Ломоносов применяет к живой природе открытый им общий принцип сохранения вещества и движения и приходит к удивительным для его времени выводам.
В то время пользовалась почти всеобщим признанием теория, согласно которой вещество растения образовывалось из воды, являющейся его основной или даже единственной пищей. «Чистая вода, весьма мало или никакой соли не имеющая, самым лучшим питанием служит для растущих вещей», — писал в 1744 году петербургский академик Крафт в статье «О происхождении растущих вещей», напечатанной на латинском языке в «Новых комментариях» Академии. Теория зиждилась на эффективных опытах, которые в начале XVII века производил голландский врач и алхимик Ван Гельмонт, а затем Роберт Бойль. Об опытах Бойля Ломоносов рассказывает в своем сочинении «О слоях земных»: «Посадил он тыковное семя в землю, которую прежде высушил в печи и точно взвесил. После того, как тыква на оной земле выросла, будучи поливаема сколько надобно было водою, земля снова высушена была и взвешена, где едва чувствительной урон найден, который бы в сравнение с тягостию сушеной оной тыквы мог быть поставлен. По сему заключил он, что вода превращается в землю». Ломоносов не мог примириться с таким немотивированным «превращением вещества». Он приходит к выводу, что питание для растений доставляет «воздух почерпаемый листьями». Вещества, находящиеся в воздухе и служащие материалом для строения вещества растения, Ломоносов называет «жирным туком», разумея под этим вещества, поступающие в воздух извне, но постоянно в нем присутствующие. Еще в 1752 году, за двадцать лет до первых попыток доказать, что растения способны «очищать воздух» (Пристли в 1772 году), Ломоносов в своем «Слове о явлениях воздушных» писал: «Преизобильное ращение тучных дерев, которые на бесплодном песку корень свой утверждают, ясно изъявляет, что жирными листами жирный тук из воздуха впивают».
Согласно одной из теорий, сложившейся в XVIII веке, растения брали питательные вещества из «перегноя» (гумуса).
Ломоносов особенно подчеркивает, что «из бессочного песку» растения не могут взять себе столько питательных веществ, сколько им необходимо для создания своих частей.
В своем сочинении «О слоях земных», приведя пример северной сосны, растущей на песках, Ломоносов указывает, что иглы у хвойных пород играют ту же роль, что и листья: «нечувствительными скважинками почерпают в себя с воздуха жирную влагу, которая тончайшими жилками по всему растению расходится и разделяется, обращаясь в его пищу и тело», и при этом замечает: «и так не должно думать, чтоб нужно было старым иглам опять возвращаться в сосны сквозь корень».
Следует отметить, что Ломоносов под «жирной влагой» и «жирным туком» вовсе не разумеет какие-либо жировые вещества в теперешнем смысле. Это слово служит у него обозначением веществ (тогда еще неоткрытых и неизвестных), которые служат для образования органического тела растений. Ломоносов не только утверждает, что эти вещества в своей значительной части поступают в растение из воздуха, но и ставит вопрос о том, как и откуда поступают в воздух эти частицы, необходимые для питания и произрастания растений. Такими источниками поступления в воздух «жирных материй», по мнению Ломоносова, являлись: «нечувствительное исхождение из тела паров, квашение и согнитие растущих и животных по всей земле, сожжение материи для защищения нашего тела от стужи, для приготовления пищи, для произведения различного множества вещей чрез искусство в жизни потребных, сверх того домов, сел, городов и великих лесов пожары, наконец огнедышащих гор беспрестанное курение и частое отрыгание яркого пламени» («Слово о явлениях воздушных»). Ломоносов, таким образом, близко подходит к представленю о круговороте веществ, необходимых для питания растений, и угадывает связь этих веществ с явлениями горения и гниения.