В начале 1926 года Вернадский возвращается в Ленинград. Действительность в России его неприятно поразила. Вернувшись в академию, он сосредоточился на деятельности Радиевого института, Комиссии по изучению естественных производительных сил России. Очень быстро из печати выходит его работа «Биосфера», в которой он обосновывает мысль о том, что «биосфера — это биокосное природное тело, для которого характерна закономерная организованность движения материи и энергии под влиянием живого вещества». Выйдя тиражом в 2000 экземпляров, книга имела огромный успех и не только в научных, но и в широких культурных кругах.
Огромные силы уходят на организацию работы института, получение для него необходимого оборудования, основание биогеохимической лаборатории — прототипа Института живого вещества. Владимир Иванович участвует в экспедициях, в течение десяти лет (до 1937 года) по нескольку месяцев проводит за границей ежегодно. Упрочилось его международное признание. Сосредоточившись на научных проблемах, Вернадский начинает разрабатывать несколько идей одновременно.
Прежде всего это идея времени. Ему кажется несерьезным, что она исследовалась до сих пор лишь в рамках физики и механики. Время — характеристика универсальная и проявляется абсолютно во всех сферах, но по-разному.
Другая идея касается проблемы космической жизни и «приобретает значение не только для ученого, но и для философа и для всякого образованного человека».
Третья — формирование основ радиогеологии, науки о геологическом возрасте.
С 1935 года Вернадский живет в Москве. Он работает над книгой «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» с оригинальным обширным предисловием «Философские мысли натуралиста». Через четыре года этот прекрасный труд стал логичным продолжением его работ «Мысли об истории знаний», — «Научная мысль как планетарное явление». И это несмотря на сложную обстановку и трагические события в стране.
Сам Владимир Иванович сохраняет удивительную трезвость и глубину в понимании того, что происходит в эти годы. Об этом свидетельствуют его дневники и переписка. Его изначальное неприятие «социалистической схоластики», «насилия над человеческой личностью», «исключительного морального и умственного гнета» остается тем же, перед глазами зрелище все большей «варваризации» жизни и культуры, разлада и упадка научной работы, принудительного закабаления массы народа («Мильоны заключенных — даровой труд, играющий заметную роль и большую роль в государственном хозяйстве» — дневник от 5 января 1938 года).
До 1938 года Вернадский часто ездил в зарубежные командировки, а дети его жили в эмиграции сын Георгий был профессором кафедры истории Йельского университета в США, дочь, врач-психиатр, вышедшая замуж за археолога Н. П. Толля, обосновалась в Праге — каждый из них настойчиво звал отца и мать к себе. Но Владимир Иванович неизменно возвращался домой. Самого его не постигла трагическая судьба Николая Ивановича Вавилова (которая потрясла Вернадского), но многие из его учеников были репрессированы и сосланы.