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Una vez que en el siglo XVIII fueran experimentalmente establecidas las leyes ponderales de las reacciones químicas, se exigía una teoría que explicara el comportamiento observado. El inicio de este siglo vería aparecer la obra Nuevo sistema de filosofía química, en la que el químico inglés John Dalton (1766 – 1844) expondría su teoría atómica.
Al postular la existencia de los átomos comopartículas indivisibles en las reacciones químicas parece que se retorna a las ideas de los atomistas griegos, más de dos mil años atrás pero la mecánica de Newton se refleja también en la primera teoría moderna de la Química, al atribuir como propiedad distintiva de los átomos su masa. A partir de este momento, las diferencias observadas en las propiedades de los elementos se pretenden relacionar conel peso atómico.
Esta teoría era capaz de explicar la ley de las proporciones definidas en que se combinan las sustancias, en términos de la combinación de un número determinado de átomos o átomos compuestos (moléculas diríamos hoy según la propuesta de Avogadro) en una reacción dada. Por otro lado la capacidad predictiva de esta teoría se manifiesta en la ley de las proporciones múltiples: comoquiera que la reacción entre A y B para dar diferentes compuestos implica la combinación de átomos de A y B en una relación necesariamente entera y particular en cada caso, se puede derivar que "los pesos de una sustancia A que se combina con un peso dado de B para dar diferentes sustancias se han de encontrar en una relación de números enteros sencillos". El propio Dalton se encarga decomprobar experimentalmente la validez de esta predicción.
Al tiempo que los postulados de la teoría daltoniana demostraron su capacidad explicativa y predictiva definieron los principales problemas que señalan el derrotero de las investigaciones de los químicos en este siglo:
¿Cómo determinar los pesos atómicos de los elementos químicos?
¿Cómo descubrir nuevos elementos, desarrollar métodos para suaislamiento y preparación?
¿Cómo determinar las fórmulas de las sustancias y cuál sistema de símbolos proponer para reflejar simplificadamente el enlazamiento entre los átomos?
La determinación de los pesos atómicos fue basada en los resultados de los métodos físicos más avanzados de estos tiempos, adoptando una escala relativa con respecto al átomo de oxígeno (elemento que se combina con lamayoría de los elementos conocidos para dar lugar a las combinaciones binarias).
Un cambio de paradigma en el estudio sistemático de las propiedades de los elementos químicos fue dado por el descubrimiento de la Ley Periódica de los elementos químicos. En 1869, el químico ruso D. Mendeleev (1834 – 1907) defendió la tesis de que una variación regular en las propiedades de los elementos químicos sepodía observar si estos se ordenaban en un orden creciente de los pesos atómicos.
La edificación de la tabla periódica de Mendeleev no solo dio lugar a la clasificación de los elementos químicos en familias o grupos sino que posibilitó la predicción de la existencia de elementos químicos aún no descubiertos y de las propiedades que estos debían exhibir.

La sorprendente correspondencia entreestas predicciones y los descubrimientos de nuevos elementos que se producirían en los años subsiguientes demostró la validez de la ley periódica y constituyó un estímulo para la realización de estudios de nuevas correlaciones en la tabla propuesta. Su fama por estas realizaciones del intelecto no han dejado espacio para el conocimiento del hombre que a los 56 años de edad renuncia a su cátedrauniversitaria en rechazo a la dictadura zarista. Una segunda dirección observada en la investigación se relaciona con el descubrimiento de nuevos elementos químicos, toda vez que tales sustancias constituían los bloques unitarios a partir de los cuales se formaba la amplia variedad de los compuestos químicos.
Si en la Antigüedad fueron conocidos siete elementos metálicos (oro, plata, hierro, cobre,...