通过化学史的研究，肖莱马明确地指出：“化学的发展是按辩证法规律进行的。”他还用了化学史上的具体事例来说明利学的发展对生产实践的依赖性和促进作用及科学理论与实践的相互作用。当深受化学传统中的经验论影响的德国化学家柯尔贝反对荷兰化学家范霍夫提出的立体化学学说时，肖莱马立即表明自己支持立体化学学说的立场，明确指出：为发展自然科学，就需要有新的假说：要建立新的假说，就需要理论思维。假说有的可能是错的，有的经受了实践的检验就能成为科学的理论。化学家离开了理论思维，单靠实验是不能成为好的化学家的。在强调理论思维的重要性时，肖莱马又指出，不要把现有的理论当作教条，因为它也要按辩证法规律不断发展。当新的实验事实与现有理论发生矛盾时，首先应尊重事实，提出新的假说，本应墨守旧的理论框框。

　　肖莱马在他一生的最后20年内，特别注意用马克思主义哲学观点来考察自然科学的理论问题。他在欧文斯学院还专门开设了化学史和化学哲学两门课，这两门新课深受学生们的欢迎，因为从中他们得到的不仅是知识，而是智慧和思想的启示。从恩格斯1873年5月30日致马克思的信中，可以知道肖莱马参与讨论了恩格斯的《自然辩证法》的写作计划。肖莱马在信纸边上写上了注语，表示他完全同意恩格斯提出的自然科学的对象是运动着的物体，物体和运动是不可分割的，自然科学只有通过物体的联系及其运动来考察，才能认识物体的辩证关系。由此可见肖莱马和马克思、恩格斯的亲密关系，实际上肖莱马是马克思、恩格斯研究科学问题的一个顾问。

　　正当革命和科学事业都需要肖莱马作出更多贡献的时候，无情的肺癌夺去了他的生命。1892年6月27日肖莱马与世长辞，终年58岁。恩格斯专程前来参加葬礼，并代表党的执委会在墓前献上花圈。参加葬礼的还有欧文斯学院的全体教师和他的许多学生。后来为了纪念他，欧文斯学院创建“卡尔·肖莱马化学实验室”以示永久纪念。