Тогда же он знакомится с епископом Антонием (Флоренсовым), живущим на покое в Донском монастыре, и просит у него благословения на принятие монашества. Но опытный старец советует молодому ученому не торопиться, а поступить Московскую Духовную Академию для продолжения духовного образования и испытания себя. Флоренский переезжает в Сергиев Посад и на многие годы связывает свою жизнь с Свято-Троице Сергиевой Лаврой. Он оканчивает Академию, затем в ней преподает. Пишет книги по философии культа и культуры. Здесь у него появляется семья, рождаются дети, здесь он становится священником (1911).
С сентября 1912 по май 1917 редактировал журнал «Богословский вестник».
В первые годы после революции работает в комиссии по охране памятников искусства и старины Свято-Троице Сергиевой Лавры. Незадолго перед закрытием Лавры и изъятием мощей преподобного Сергия, по благословлению патриарха Тихона, вместе с графом Юрием Александровичем Олсуфьевым, тайно скрыл честную главу святого.
После закрытия Лавры, Флоренского как крупного ученого приглашают на работу в ВСНХ и в Главэлектро. Здесь он делает ряд крупных научных открытий, разрабатывает теорию и практику применения полупроводников, создает особый вид пластмассы – карболит – которую стали называть «пластмассой Флоренского». На службу в советские учреждения, не боясь недовольства властей, отец Павел ходит в священническом подряснике.
Первый раз его арестовывают в 1928 году. На этот раз его вскоре отпускают. Но в 1933 г. арестовывают снова и приговаривают к 10 годам лагерей и ссылают на Дальний Восток.
Существуют интересные воспоминания об отце Павле. Одна из духовных его дочерей Т.А.Шауфус, ставшая секретарем президента Чехословакии Томаша Масарика и умершая уже 1986 году в Америке, обратилась через президента Чехии с просьбой выезда отца Павла из СССР. Разрешение на выезд было получено, при этом позволено было эмигрировать со всей семьей, но отец Павел отказался, и отказался дважды. На первое предложение он отозвался, ссылаясь на слова апостола Павла, что надо довольствоваться тем, что есть (Фил 4:11). А во второй раз он просто попросил прекратить какие-либо хлопоты, касающиеся выезда.
Сначала Флоренский попадает в научно-исследовательский отдел Бамлага, где изучает проблему строительства в условиях вечной мерзлоты (Через много лет, когда его уже давно не будет в живых, по его методу построят Норильск и Сургут). В 1934 году отца Павла переводят на Соловки. Здесь он делает более десятка научных открытий, занимается добычей агар-агара и йода из морских водорослей. «Умный йод» Павла Флоренского, который мы с вами сегодня можем купить в любой аптеке, пришел к нам из Соловецкого лагеря особого назначения.
Расстреляли Павла Флоренского 8 декабря 1937 года. За полгода до этого он писал своей жене: «Жизненная задача – не в том, чтобы прожить без тревог, а в том, чтобы прожить достойно и не быть пустым местом и балластом своей страны…»
Реабилитировали отца Павла в 1959 году – «за неимением состава преступления».
В завещании своим детям отец Павел писал: «Старайтесь записывать все, что можете, о прошлом рода, семьи, дома, обстановки вещей, книг и т.д. Старайтесь собирать портреты, автографы, письма, сочинения печатные и рукописные всех тех, кто имел отношение к семье. Пусть вся история рода будет закреплена в вашем доме и пусть все около вас будет напитано воспоминаниями». Уже много лет внук отца Павла игумен Андроник (Трубачев) любовно и тщательно собирает документы, архивные материалы, свидетельства очевидцев о Павле Флоренском, публикует его работы. А десять лет назад он создал в Москве музей своего деда священника Павла Флоренского.