Научные исследования Петербургского периода
После переезда в Петербург исследования Зинина сосредоточились главным образом на изучении производных бензальдегида, бензоина, производных мочевины и др.
Заинтересовавшись явлениями замещения в органических соединениях, Зинин изучил реакции замещения водорода в мочевине сложными радикалами. При этом им были открыты ацильные производные мочевины и это был первый пример получения моноуреида. Он показал, что в бензоине один водород также легко замещается, например, кислотным остатком и получается сложный эфир. Для восстановления бензила и бензальдегида он впервые применил в качестве восстановителя смесь металла и кислоты (цинк + соляная кислота). Зинин нашел удобный метод восстановления и последовательно провел реакции превращения бензил – бензоин – дезоксибензоин, а затем действием окислителей осуществил обратное превращение.
Путем ряда простых реакций Зинину удалось получить из бензила ряд углеводородов, которые могли служить исходными продуктами для образования бензоина и его производных, а также соединений стильбенового ряда. Проводя реакцию получения дихлорстильбена, Зинин в очередной раз продемонстрировал свое большое искусство экспериментатора, выделив из реакционной смеси в чистом виде два вещества с одинаковым количественным составом, но разными физическими и химическими свойствами. Естественно, что он не мог найти причину изомерии этих двух веществ, т.к. в то время еще не было развито представление о цис- и транс- изомерии. И тем более приходится изумляться его необычной интуиции, наблюдательности и вниманию.
Последние работы Зинина, выполненные в начале семидесятых годов, были посвящены изучению лепидена и его производных. Лепиден (с греческого «чешуйка») был получен Зининым при действии соляной кислотой на бензоин в запаянной трубке при повышенной температуре. Были получены многочисленные производные лепидена, изучены их взаимные превращения, выделены цис- и транс-изомеры. Это был переход из ароматического ряда к фурановому. Обратный переход Зинин также осуществил. Значительно позже, уже после смерти Зинина, было установлено, что лепиден – это тетрафенилфуран, а два изомера оксилепидена – это цис- и транс-дибензоилстиль-бены.
Таким образом, Зининым были выполнены выдающиеся исследования в области гетероциклических соединений, в частности, фурановых соединений, имеющих большое научное и техническое значение.
Последние работы Зинина непосредственно связаны с предыдущими. Из дезоксибензоина и бензойного альдегида он получил уплотнением новый дикетон – бензомарон, из которого получил амаровую кислоту и ее гомологи.
Органическая химия в 40-е – 60-е годы только набрала темпы, теория химического строения возникла только в 60-е годы, поэтому Зинину, у которого было, несомненно, большое химическое чутье, приходилось подробно изучать исходные продукты, получать многочисленные производные синтезированного нового вещества, делать сотни анализов. Своими работами в Казани и Петербурге Н.Н.Зинин заложил основы русской классической научной школы по органической химии.
Подытоживая очень краткий обзор научной деятельности Зинина, хочется еще раз  подчеркнуть, каким большим талантом экспериментатора нужно было обладать, чтобы делать безошибочные выводы о природе полученного соединения, его составе и свойствах, имея на руках только аналитические данные.