У 1893 р. повернувся до Москви та розпочав дослідження в термохімічній лабораторії, створеній на власні кошти професором В. Ф. Лугініним (пізніше цю лабораторію приєднали до Московського університету). Своє перше визначне відкриття дослідник зробив у 1896 р., представивши швидкість розчинення твердого тіла в розчиннику у вигляді математичного рівняння («рівняння Щукарьова»).