Умения анализировать явления в их взаимосвязи и широта интересов привели его к ряду важных выводов и достижений в области астрономии. Изучая явления атмосферного электричества, он выдвинул идею об электрической природе полярных сияний и свечения кометных хвостов. В 1762 году Ломоносов создал отражательный телескоп-рефлектор с наклонным зеркалом, дававшим яркое изображение объекта. Проводя астрономические наблюдения, Ломоносов обнаружил, что Венера сходна с нашей Землёй, она имеет атмосферу, но более плотную, чем земная. Это открытие было сделано Ломоносовым 26 мая 1761 года во время наблюдений прохождения Венеры по диску Солнца. Ломоносов первым догадался, что поверхность представляет собой кипящую огненную массу. Ломоносов интересовался природой комет, планет и других небесных тел. Изобретательность помогала Ломоносову создавать приборы для ориентации по звёздам при точном измерении времени. Он утверждал, что Вселенная бесконечна, что как наша Земля, так и всё существующее в природе не неизменно, а непрерывно меняется и развивается.