М.Г. Павлов, интересуясь многими вопросами земледелия, основное внимание уделял вопросам питания растений и удобрения почвы и сыграл особую роль в истории развития агрохимической науки в первой половине XIX века.

Свои взгляды на питание растений М.Г.Павлов обосновывал, опираясь на достижения физики, химии и биологии, считая, что земледельческая химия, как и сельскохозяйственная наука вообще, базируется на этих фундаментальных естественных науках. Неслучайно свое основное сочинение по агрохимии он назвал с учетом этих принципов: «Земледельческая химия с предварительным изложением к сей части и ко всей науке сельского хозяйства – приготовительных сведений из известных наук с показанием разных способов землеудобрения и с начертанием правил пахания» (1825). В этой книге впервые в России были заложены научные основы агрономической химии. Уже в предисловии М.Г.Павлов дает понятие агрохимии: «Земледельческая химия есть наука о веществе тех исключительно предметов, которые имеют отношение к земледелию и знание вещества коих может руководствовать к выгоднейшему устройству производства сего искусства». Книга посвящена размышлениям о почве и изменяемости вещества в ней, а также подробному рассмотрению «землеудобрения и хлебопашества», «утучнения» почвы путем применения извести, песка и органических удобрений.

Главное назначение земледельческой химии М.Г.Павлов видел в практике сельского хозяйства, «в улучшении вещества почвы», определяющем ее плодородие, т.е. в рациональном, научно обоснованном применении удобрений: «…удобрить землю, значит сделать ее более плодоносною, нежели каковою она находится». Он довольно образно писал и о причинах недостаточного плодородия почв, а именно «…ненадлежащее содержание в составных частях её; примесь веществ, ослабляющих произрастание, или неспособность к поддержанию онаго; недостаток в питательном веществе». «Целью сего производства поставляется умножение в почве питательного вещества или, по крайней мере, вознаграждение того, что похищается из земли возрастающими на ней растениями». Научное положение земледельческой химии о необходимости возврата в почву питательных веществ, вынесенных с урожаем, сформулированное М.Г.Павловым, уже содержало основную идею теории возврата Ю.Либиха. Следует отметить, что «Земледельческая химия…» М.Г.Павлова была опубликована значительно раньше (1825), чем научные труды Ю.Либиха и работа Ж.Б.Буссенго «Химия в приложении к земледелию и физиологии» (1840).

На окраине Москвы, на Бутырском хуторе, М.Г.Павлов впервые в России организовал опытное поле, где проводились исследования по обработке почв, внедрению севооборотов и изучению влияния удобрений. Поэтому с полным основанием можно считать основоположником учебного и опытного сельскохозяйственного дела в России.