В 1875 году Тимирязев получил степень доктора ботаники за сочинение «Об усвоении света растением".В 1911 году покинул университет, протестуя против притеснений студенчества. Тимирязев приветствовал Октябрьскую революцию, а в 1920 году один из первых экземпляров своей книги «Наука и демократия» отправил В. И. Ленину. В посвятительной надписи учёный отметил счастье «быть его [Ленина] современником и свидетелем его славной деятельности».Научные труды Тимирязева, отличающиеся единством плана, строгой последовательностью, точностью методов и изяществом экспериментальной техники, посвящены вопросу о разложении атмосферной углекислоты зелёными растениями под влиянием солнечной энергии и немало уяснению этой важнейшей и интереснейшей главы растительной физиологии. Изучение состава и оптических свойств зелёного пигмента растений (хлорофилла), его генезиса, физических и химических условий разложения углекислоты, определение составных частей солнечного луча, принимающих участие в этом явлении, выяснение судьбы этих лучей в растении и, наконец, изучение количественного отношения между поглощенной энергией и произведённой работой — таковы задачи, намеченные ещё в первых работах Тимирязева и в значительной степени разрешённые в его последующих трудах.К этому следует прибавить, что Тимирязев первый ввёл в России опыты с культурой растений в искусственных почвах. Первая теплица для этой цели была устроена им в Петровской академии ещё в начале 70-х гг., то есть вскоре после появления этого рода при в Германии. Позже такая же теплица была устроена Тимирязевым на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде.Выдающиеся научные заслуги Тимирязева доставили ему звание члена-корреспондента Академии наук, почётного члена Харьковского и Санкт-Петербургского университетов, Вольного экономического общества и многих других учёных обществ и учреждений.В 1930–1950-е гг. эти взгляды Тимирязева воспроизводил в своих выступлениях Т. Д. Лысенко. В частности, в докладе 3 июня 1943 г. «К. А. Тимирязев и задачи нашей агробиологии» на торжественном заседании Академии наук СССР, посвящённом 100-летию со дня рождения К. А. Тимирязева в московском Доме учёных, Лысенко цитировал эти утверждения Тимирязева, называя менделистскую генетику «ложной наукой».В 1950 г. в статье «Биология» БСЭ писала: «Вейсман совершенно безосновательно назвал своё направление „неодарвинизмом“, против чего решительно выступил К. А. Тимирязев, показавший, что учение Вейсмана всецело обращено против дарвинизма».К. А. Тимирязев выступал в качестве сторонника идей Ж.-Б. Ламарка: в частности, он присоединился к положению английского философа и социолога Г. Спенсера (1820–1903), который утверждал: «или существует наследственность приобретенных признаков, или не существует эволюции». О высказывании селекционера Вильморена Тимирязев писал: «говорят о наследственности приобретённых свойств, но сама наследственность — не является ли она приобретённым свойством?». Среди образованного русского общества Тимирязев пользовался широкой известностью как популяризатор естествознания. Его популярно-научные лекции и статьи, вошедшие в сборники «Публичные лекции и речи» (М., 1888), «Некоторые основные задачи современного естествознания» (М., 1895) «Земледелие и физиология растений» (М., 1893), «Чарлз Дарвин и его учение» (4 изд., М., 1898) являются счастливым соединением строгой научности, ясности изложения, блестящего стиля.
