С 1866 инженер молотового цеха Обуховского сталелитейного завода в Петербурге, где приступает к выяснению причин массового брака при производстве стальных орудий. Чернов открыл критические температуры, при которых в стали в результате её нагревания или охлаждения в твёрдом состоянии происходят фазовые превращения, существенно изменяющие структуру и свойства металла. В 1880—84 гг. занимался разведкой месторождений каменной соли в Бахмутском районе (Донбасс); найденные им залежи получили промышленное значение. С 1884, по возвращении в Петербург, работал в Морском техническом комитете. В 1885 году по инициативе Чернова было создано Голландское общество по разработке каменной соли, чья успешная деятельность позволила ему стать состоятельным человеком и активно заниматься благотворительность. С 1886 (одновременно) главный инспектор министерства путей сообщения по наблюдению за исполнением заказов на металлургических заводах. С 1889 года профессор металлургии Михайловской артиллерийской академии.
С именем Дмитрия Константиновича Чернова связана целая эпоха в развитии металлургии. Его трудами были заложены научные основы стале- литейного дела. Он детально исследовал процесс зарождения и роста кристаллов, дал схему структурных зон слитка, развил теорию последовательной кристаллизации, всесторонне изучил дефекты литой стали и указал эффективные меры борьбы с ними. Этими исследованиями Чернова во многом способствовал превращению металлургии из ремесла в теоретически обоснованную научную дисциплину. Чернов работал также над проблемой прямого получения стали из руды, минуя доменный процесс. Ему принадлежит ряд важных исследований в области артиллерийского производства: получение высококачественных стальных орудийных стволов, стальных бронебойных снарядов, изучение выгорания каналов орудий при стрельбе в результате действия пороховых газов и др. факторов. Чернов известен также рядом работ по математике, механике, авиации. Дмитрий Константинович основоположник современного металловедения.
Дмитрий Константинович Чернов состоял членом большого числа ученых учреждений и научных обществ, имел немало почетных званий. Среди них: почетный член Международного института экспертов; почетный член Американского общества горных инженеров; почетный член Английского королевского общества искусств, наук и промышленности; почетный вице-президент Английского института железа и стали. Будучи одним из инициаторов создания (в 1866г.) и активным участником в 1910 году Дмитрий Константинович, вместе с А.А.Байковым и М.А.Павловым, создает Русское металлургическое общество и до конца своих дней остается его бессменным почетным председателем.
Скончался 2 января 1921 года в Ялте.