Ученый в области физической химии. Академик (1959, чл. – корр. с 1956), доктор химических наук (1954), профессор (1954). Заслуженный деятель науки БССР (1972). Один из основоположников химической науки Беларуси.
Родился в д. Глуховичи Брагинского р-на Гомельской обл. Трудовую деятельность начал в 1927 г., работал учителем химии после окончания Бабчинской средней школы. В 1929 г. поступил на химический факультет Московского государственного университета, где под влиянием выдающихся ученых академиков И. А. Каблукова, H. Д. Зелинского и профессора А. В. Раковского занялся научно-исследовательской работой. После окончания университета (1933) мог поступить в аспирантуру при кафедре неорганической химии, однако приехал в Минск, желая развивать белорусскую химическую науку. С 1934 г. работал ассистентом кафедры физической и коллоидной химии Белорусского государственного университета (БГУ) и поступил в аспирантуру Института химии АН БССР. Для выполнения сложных экспериментальных исследований был командирован в г. Ленинград в Государственный оптический институт, где под руководством академика А. Н. Теренина успешно защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата химических наук по теме «Окисление окиси углерода и водорода атомарным кислородом при низких давлениях».
В 1938–1965 гг. возглавлял кафедру физической и коллоидной химии БГУ, а во время Великой Отечественной войны – научно-исследовательскую лабораторию оборонного значения. В 1943–1947 гг. – декан химического факультета, в 1957–1968 гг. – заведующий лабораторией радиохимии БГУ. Одновременно с 1937 г. – научный сотрудник, в 1938–1957 гг. – старший научный сотрудник, с 1957 г. – заведующий лабораторией Института химии АН БССР.
По возвращении в Минск M. М. Павлюченко проводил широкие исследования ряда топохимических реакций, теоретически обосновал и экспериментально доказал, что кристаллизационные процессы, протекающие вдали от поверхности раздела фаз, как правило, существенно не влияют на кинетические параметры, а нарастание скорости реакции и ее локализация определяются структурой реагента, локальной и энергетической неравноценностью частиц, расположенных на его поверхности, и в меньшей мере зависят от образования твердого продукта реакции. Эти по существу новые взгляды ученому приходилось отстаивать в упорной борьбе со своими оппонентами.
В послевоенный период M. М. Павлюченко много внимания уделял организации и дальнейшему развитию химической науки и промышленности Беларуси. По его инициативе в 1959 г. в составе АН БССР был создан Институт общей и неорганической химии, директором которого он работал до 1966 г. Основные задачи института – развитие неорганической, физической, коллоидной, аналитической химии и химической промышленности в республике. Особая роль отводилась Лаборатории минеральных солей и удобрений, организованной для решения научных и технических проблем переработки солигорских сильвинитов. Совместно с коллективом этой лаборатории M. М. Павлюченко разработал технико-экономическое обоснование использования относительно бедных калийных руд Старобинского месторождения. Были проведены важные исследования по теории флотации калийных солей, изысканию новых флотореагентов и составлено проектное задание на строительство опытно-промышленной установки. При его активном участии с помощью спектрально-химических методов исследован вещественный состав сильвинитов Старобинского месторождения и определено содержание макро- и микроэлементов, изучен минералого-петрографический состав калийных руд и глинистых примесей, установлено распределение их по горизонтам. На этой основе появилась комбинированная схема обогащения руды с предварительным гравитационным облагораживанием в тяжелых средах и последующей флотацией. Результаты исследований изложены в монографии «Калийные соли Белоруссии, их переработка и использование».
Одновременно под руководством М. М. Павлюченко в БГУ на кафедре физической химии и в специализированной радиохимической лаборатории велись исследования по повышению износостойкости чугунных и стальных изделий путем поверхностного серо-и азотонасыщения. Применение радиоактивных изотопов позволило установить механизм насыщения серой поверхности металла, определить ее концентрацию, глубину проникновения в металл и распределение серы в поверхностном слое. Тем самым удалось увеличить износостойкость стали в 20–30 раз, а чугуна – в 30–50 раз.
На кафедре физической химии БГУ с участием M. М. Павлюченко в течение многих лет успешно выполнялись фундаментальные исследования по установлению механизма окисления целлюлозы окислами азота с целью получения новых материалов, имеющих важное народнохозяйственное значение.
Последние годы жизни M. М. Павлюченко прошли в интенсивной научно-исследовательской работе по изучению кинетики и механизма гетерогенных химических реакций. Он существенно расширил круг изучаемых объектов, на ряде примеров детализировал и обосновал свои новые идеи о причинах самоускорения топохимических реакций. Много внимания уделял изучению механизма твердофазного взаимодействия в смесях оксидов, между металлами и металлоидами и с помощью кинетических методов и метода радиоактивных изотопов успешно решил эти вопросы.
Награжден орденом «Знак почета» (1953,1961), медалью.