В Петроград Вернадский возвращается в 1921 году благодаря ходатайству своего бывшего ученика, наркома здравоохранения Н. А. Семашко. Разруха и беспорядки, голод и отсутствие необходимых условий для научной работы — таковы знамения того времени. Ответственность за судьбу России заставила Владимира Ивановича отринуть мысль об эмиграции. Он заведует музеями, возглавляет работу в радиохимической лаборатории, организует метеоритную экспедицию, читает лекции, участвует в комплексных исследованиях Кольского полуострова. И все это вопреки угрозе здоровью и жизни (в 1921 году он был подвергнут краткому аресту). Возобновляются встречи «Братства». В начале 1922 года, наконец, открывается Радиевый институт.
Важный этап в жизни и творчестве Владимира Ивановича Вернадского — командировка во Францию, которая продлилась три с лишним года. Ученый был избран профессором Сорбонны и приглашен для чтения лекций по геохимии. На Западе Вернадский встречает среди русских эмигрантов много давних знакомых и друзей по научной и политической деятельности. Владимир Иванович делает окончательный выбор — он посвящает себя научному творчеству и покидать Россию не собирается, хотя там «все сдерживается террором».
Вернадский читает курс лекций и готовит его к изданию; знакомится с новостями мировой науки и трудами выдающихся ученых; обсуждает научные проблемы с Резерфордом, Ланжевеном. Он издает «Геохимию», подготавливает к печати один из основных своих классических трудов — «Биосфера». Но главное, он создает учение о ноосфере (с греческого: «сфера разума»), которое будет развивать и совершенствовать до последних дней своей жизни.
Вернадский встречается с философами Эдуардом Леруа и Пьером Тейяр де Шарденом, чуть позднее знакомится с идеей о ноосфере, прежде всего через лекционный курс Леруа, опубликованный в 1928 году в книге «Происхождение человека и эволюция разума». Именно в трудах Леруа появился термин «ноосфера». Владимир Иванович так представлял духовную последовательность возникновения учения о ноосфере: биогеохимический подход к биосфере, предложенный им парижской аудитории, оплодотворяет мысль французских философов, сделавших следующий шаг, принятый уже, в свою очередь, им самим. Ноосферные идеи Вернадский развивал в основном в 1930-е годы, прежде всего в работе «Научная мысль как планетное явление», которая мыслилась как своего рода огромное философское предисловие к итоговой, «главной книге» «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» (оба произведения увидели свет только в 1960–1970-х годах).
Авторы ноосферной теории ввели вопрос о происхождении и сущности жизни, а затем и человека в общий космический процесс усложнения материи (стремление ко все растущим соединениям элементов: атомы, молекулы, клетки, многоклеточные…).