Труды по лесохимии. В докторской диссертации Флавицкий показал, что l-терпен, выделенный им из французского скипидара, и d-терпен - из скипидара, выработанного в Казанской губернии, почти идентичны, за исключением знака вращения. Это наблюдение и другие соображения увлекли его на путь изучения оптических и других свойств исходных веществ - живиц (смол) хвойных. 1 ноября 1881 г. он сообщал Бутлерову: «...Я собрал значительное число разных смол и из различных местностей России... Чрезвычайно неожиданным для меня оказалось различие смолы ели от сосновой...» , а также и выделенных из них терпенов. Вскоре после этого Ф.М.Флавицкий написал брату: «С сосновой смолой покончил, перехожу к еловой. В сосновой смоле, оказывается, должен находиться ванилин или близкое к нему вещество, а ванилин ценится на вес золота – 10 г стоят 15 марок. Теперь заинтересован и теоретическим вопросом - показателями преломления кристаллических веществ. Вывод получается крайне простой - возможность определения плотностей по разным направлениям кристаллов».
В 1883 г. Ф.М.Флавицкий издал в Казани большую статью (оттиском - брошюру) «Исследование естественных смол разных хвойных», много сил затратил на практическое приложение результатов своих теоретических работ. Им самим, его матерью под Усманью, сестрой (Моршанск, 1881) и другими добровольными помощниками  были собраны образцы смолы обыкновенной сосны, ели, кедра, пихты и лиственницы. Он доказал, что «из русской сосны путем подсочки могут быть получены продукты, не уступающие французским и американским скипидару и канифоли, и что ввоз последних в Россию поэтому отнюдь не является необходимостью» . В 1896 г. на 16-ой Всероссийской художественно-промышленной выставке в Нижнем Новгороде Флавицкий экспонировал белую (что необычно) живицу, соломенно-желтую канифоль (гарпиус) и бесцветный скипидар, а также орудия для подсочки. Ему присудили высшую награду - диплом 1 разряда - «За прекрасные качества представленных образцов русской серы-живицы и продуктов ее обработки, а также за многолетние, непрерывные и выдающиеся труды по исследованию различных вопросов в области подсочного хозяйства».
После смерти Глинского в 1884 г. в университете освободилось место заведующего второй кафедрой химии. В мае того же года Флавицкий был избран и вскоре утвержден э.о. профессором химии на физико-математическом факультете, а 30 августа 1888 г. - ординарным профессором, что дало и повышение оклада. Следующим летом он съездил за свой счет за рубеж, посетил лаборатории видных немецких ученых - А.В.Гофмана, Г.Ландольта, И.Вислиценуса, К.Либермана, В.Оствальда и др. В Париже он был у М.Бертло, приглашался также как «как знатный иностранец» на вечер к французскому президенту М.Ф.С.Карно, осмотрел Всемирную выставку. В департаменте Ланды (юг Франции) Флавицкий подробно ознакомился с технологией получения скипидара и канифоли, освоил практику подсочки сосны специальным топором (и приобрел его). Побывал также в Лондоне, Цюрихе и Вене. Вернувшись на родину, он стал вести интенсивную научную работу, уже в основном, в области неорганической и физической химии.
Казалось бы, столь замечательные достижения в химии амиленов и терпенов, давшие молодому ученому кафедру в знаменитом университете и имя классика науки, служили доказательством того, что именно органическая химия является призванием Флавицкого . Но, «к сожалению, Ф.М. вскоре после защиты докторской диссертации покинул область терпенов... Его манили другие перспективы. Уже к концу 80-ых годов центр тяжести его работ переносится из области органической в область неорганической и физической химии, и этому направлению он остается верен до самой смерти. Весьма возможно, что внешним поводом для изменения характера работ... послужило выпавшее на его долю (в 1884 г.) преподавание неорганической химии в Казанском Университете» (Чугаев Л.А. // Природа. – 1918. - № 2-3. - Стб. 208).
Письма Флавиана Михайловича позволяют уточнить картину. 11 января 1876 г. он писал брату из Казани: «Здешняя среда совершенно не благоприятна для теоретических работ вспомним, что год назад он блестяще защитил магистерскую диссертацию, а впереди была докторская (1881). - А.З., и, право, можно здесь совершенно потерять способность к теоретическому мышлению... Диссертацию я думаю писать по органической химии, чтобы поскорее расквитаться с обязательными работами, следовательно за физикохимию скоро приняться не могу». Можно полагать, что, работая в органической химии, Флавиан Михайлович в душе оставался физикохимиком, навсегда плененным направлением и идеями своего учителя Н.Н.Бекетова  (все основные исследования своей школы Ф.М.Флавицкий потом относил именно к физикохимии).