В 1932 году Н.А. Заболоцкий познакомился с идеями К.Э. Циолковского о единстве и взаимосвязи всех организмов и материй вселенной (монизмом). Согласно этой теории, все явления мира — различные виды движущейся материи, в той или иной степени наделённой сознанием. Благодаря их вечному взаимодействию и взаимопревращению возможно существование общего здания природы. Основу вселенной составляет материя, но не холодная и неодушевлённая. Каждый элемент её «чувствует» и «отзывается», и не важно, идёт речь о мыслящем существе или неорганическом мире. Поэт давно интересовался философскими проблемами естествознания и изучал труды Платона, Энгельса, Григория Сковороды, Вернадского. Однако труды Циолковского оказали на него особое влияние. В январе 1933 года Заболоцкий писал основателю космонавтики: «Ваши мысли о будущем Земли, человечества, животных и растений глубоко волнуют меня, и они близки мне. В моих ненапечатанных поэмах и стихах я, как мог, разрешал их». Эти стихотворения написаны мыслителем, рассуждающим о тайнах мироздания. В начале 1930-х годов им были созданы поэмы «Безумный волк», «Деревья», «Птицы», стихотворения «Школа жуков», «Венчание плодами», «Лодейников». Здесь Заболоцкий предстаёт как натурфилософ, провозглашающий концепцию мироздания как единой системы, объединяющей живые и неживые формы материи.
Природы вековечная давильня
Соединяла смерть и бытиё
В один клубок, но мысль была бессильна
Соединить два таинства её.
Лодейников, 1932—1947Однако постепенно природа, не утрачивая своего значения, перестаёт для Заболоцкого быть только лесом, землёй, чем-то первозданно-диким. Влияние теории Циолковского проявляется в том, что поэт упоминает в стихах вообще всё существующее — частицы, из которых строятся звёзды, планеты, предметы, организмы. Люди и природа в его стихотворениях, начиная примерно с середины 1930-х годов, не противопоставляются друг другу. Они равноправны, взаимосвязаны и взаимозависимы. Этой теме посвящены стихотворения «Засуха», «Весна в лесу», «Все, что было в душе...», «Вчера, о смерти размышляя...».
Размышления о природе приводят поэта к размышлениям о сущности жизни и смерти. Он утверждает, что смерть и жизнь неразрывно связаны, смерть вообще — часть жизни космоса, не прерывающейся никогда:
Как мир меняется! И как я сам меняюсь!
Лишь именем одним я называюсь, —
На самом деле то, что именуют мной, —
Не я один. Нас много. Я — живой.
Чтоб кровь моя остынуть не успела,
Я умирал не раз. О, сколько мёртвых тел
Я отделил от собственного тела!
Метаморфозы, 1937Изменение содержания стихотворений привело к тому, что постепенно стала меняться и форма стиха Заболоцкого. Стихотворения стали проще, мелодичнее, яснее. Гротеск, составлявший неотъемлемую часть его произведений во времена «Столбцов», почти ушёл из его лирики. К концу 1930-х годов стихи Заболоцкого становились по форме всё ближе к классическим образцам русской поэзии. Научно-философские вопросы, волновавшие поэта, требовали последовательности и ясности изложения.
В начале тридцатых годов группа ОБЭРИУ прекратила своё существование, однако бывшие обэриуты продолжали составлять дружеский круг поэта.
В 1933 году была опубликована поэма Н.А. Заболоцкого «Торжество земледелия», которая вызвала новый всплеск жёсткой политической критики. Теория научного преобразования мира, которая лежала в основе раздумий поэта о жизни, оказалась неприемлемой. В 1932 году была подготовлена к печати вторая книга стихов «Стихотворения. 1926—1932», но её издание было остановлено.
К этому времени Николай Алексеевич должен был заботиться уже не только о себе, но и о семье, в которой было двое детей. С 1928 года он сотрудничал в детских журналах «Чиж» и «Ёж», писал для детей стихи и прозу.
В середине тридцатых Заболоцкий написал киносценарий «Барон Мюнхгаузен», обработал для детей роман Ф. Рабле «Гаргантюа и Пантагрюэль». В 1935 году он познакомился с грузинскими поэтами и высоко оценил их творчество. Заболоцкий начал переводить грузинскую лирику. Его переводы в 1958 году были отмечены орденом Трудового Красного Знамени.
В 1937 году вышел в свет поэтический сборник «Вторая книга», а незадолго до ареста Заболоцкий начал работу над переложением «Слова о полку Игореве» на современный язык. Но работа была прервана. 19 марта 1938 года поэт был арестован органами НКВД по сфабрикованному обвинению в причастности к несуществующей «контрреволюционной писательской организации». Его допрашивали в течение четырёх суток, после чего отправили в тюремную психиатрическую больницу. Главными обвинительными документами в его «деле» стали злобные критические статьи, исказившие суть его произведений. Приговор — пять лет исправительно-трудовых лагерей. Он отбывал срок на Дальнем Востоке и в Алтайском крае, трудился на лесоповале, взрывных работах, строительстве железной дороги. До 1944 года поэт был лишён какой бы то ни было возможности писать. Но даже в этих невыносимых условиях у него оказались несколько книг, среди которых были философские стихи Ф. Тютчева и Е. Баратынского.
В августе 1944 года Заболоцкий был освобождён, но остался работать вольнонаёмным в системе лагерей. Затем он переехал в Караганду, где жил вместе с приехавшей к нему семьёй и работал техником-чертёжником. Здесь он закончил переложение «Слова о полку Игореве».
В 1946 году Заболоцкий получил разрешение на проживание в столице, переехал в Москву, некоторое время жил на даче близкого друга В.А. Каверина в Переделкине, а потом перебрался в город. Заболоцкого восстановили в Союзе писателей, и в его творчестве начался новый период.
В течение тяжелейших для поэта десяти лет были написаны лишь два стихотворения, объединённые темой взаимоотношений человека и природы — «Лесное озеро» и «Соловей».