布特列洛夫是世界闻名的俄国化学家，他是化学结构理论的创立者之一，是俄国有机化学家组成的喀山学派的领导人和学术带头人，这个学派荟萃了一大批俄国化学界的精英，在世界化学史上有着深远的影响。他首先提出了有关有机物的结构理论。据此进行了一些有机物的预言与合成，如叔丁醇、异丁烯、乌洛托品和类糖化合物等。

他的结构学说对有机化学的发展起着很大的推动作用。1864年写了《有机化学通论导言》，书根据有机物的分子结构对有机物进行了分类。此外他还发现了异丁烯的聚合反应。