Научные работы Д. С. Рождественского относятся к различным разделам теоретической и прикладной оптики. Наиболее обширную и значительную часть его многообразной научной деятельности несомненно составляют исследования по аномальной дисперсии в парах металлов. В течение своей жизни он много раз возвращался к теме об аномальной дисперсии: с нее он начал, готовясь еще молодым человеком к магистерской диссертации, ей была посвящена его последняя работа, опубликованная уже после его смерти. Дмитрием Сергеевичем был создан совершенно новый и оригинальный метод точного количественного исследования аномальной дисперсии, изложенный в двух его, ставших классическими, исследованиях: -Аномальная дисперсия в парах натрия" (1912) и - Простые соотношения в спектрах щелочных металлов" (1915). С помощью нового метода, получившего название метода "крюков", Д. С. Рождественский и его ученики поставили и решили большое число задач, имеющих первостепенную важность в теории строения атомов.