Дмитро Олександрович Дурилін почав займатися науковою роботою під час навчання на хімічному факультеті Київського національного університету імені Тараса Шевченка (1997 – 2002), який успішно закінчив за спеціальністю “хімія, викладач хімії” (спеціалізація координаційна хімія, металоорганічна хімія). В період з 2002 по 2005 р. навчався в аспірантурі Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України. З 2005 по 2007 р. працював на посаді інженера-технолога І категорії. В 2007 р. захистив кандидатську дисертацію “Синтез, структура та властивості композиційних матеріалів на основі складних оксидів титану та мангану”, за спеціальністю неорганічна хімія, присвячену розробці нових функціональних матеріалів. З 2007 р. – молодший науковий співробітник Інституту. З 2009 по 2016 р. займав посаду наукового співробітника у відділі хімії твердого тіла, під керівництвом академіка НАН України, професора А.Г. Білоуса.
Отримав ряд нових результатів, що стосуються зв'язку умов синтезу, особливостей мікроструктури і електрофізичних властивостей діелектричних, феромагнітних, сегнетоелектричних-напівпровідникових твердих розчинів й композиційних матеріалів на їх основі, а також розробки функціональних матеріалів, зокрема, для пристроїв апаратури зв’язку. В 2010–2014 р. був одним із виконавців таких проектів як “Розроблення дослідно-промислових технологій виготовлення функціональних структурованих діелектричних матеріалів для нового покоління радіолокаційних систем” в рамках Державної цільової науково-технічної програми “Нанотехнології та наноматеріали”, а також “Мікрохвильові нелінійні матеріали, композити і пристрої” програми НАТО “Наука заради миру”.
В 2008–2010 р. був стипендіатом Президента України для молодих вчених. В 2011 р. став лауреатом Премії Верховної Ради України найталановитішим молодим ученим у галузі фундаментальних і прикладних досліджень та науково-технічних розробок. В 2014 - лауреат Премії Президента України для молодих вчених.
Є співавтором 28 статей у вітчизняних та зарубіжних наукових виданнях, 3 патентів України та 17 тез доповідей на міжнародних та вітчизняних фахових конференціях.
З 2016 р. по теперішній час працює на посаді хіміка ТОВ НВП “Укроргсинтез”.