發現
物質是由原子構成的這一猜想，雖然早就提出來了，但一直到了18世紀，尤其是18世紀後半期至19世紀中期，近代工業興起，科學迅速發展，人們通過生產實踐和大量的化學、物理學實驗，才加深了對原子的認識。
把原子學說第一次從推測轉變為科學概念的，應歸功於英國一個教會學校的化學教員，他就是道爾頓(1766~1844)。
道爾頓首先研究了法國化學家普魯斯特於1806年發現的有趣結論：參與化學反應的物質質量都成一定的整數比(定比定律)，例如1克氫和8克氧化合成9克水，假如不按這個一定的比例，多餘的就要剩下而不參加化合。道爾頓自己又發現：當兩種元素所組成的化合物具有兩種以上時，在這些化合物中，如果一種元素的量是一定的，那么與它化合的另一種元素的量總是成倍數地變化的(倍比定律)。
探索
為什麼元素間的化合總是成整數和倍數的關係呢？道爾頓豐富的想像力激勵著他自己。他感到，這一事實暗示物質是由某種可數的最小單位構成的。於是，道爾頓把這些事實總結概括加以分析，提出了關於原子的著名論斷：物質是由具有一定質量的原子構成的；元素是由同一種類的原子構成的,；化合物是由構成該化合物成分的元素的原子結合而成的“複雜原子”構成的；原子是化學作用的最小單位，它在化學變化中不會改變。
道爾頓的原子論同過去的原子論相比，已有雄厚的科學依據。但是，道爾頓的原子論提出以後，在新的實驗事實面前又出現了一個新的問題。
證實
1809年，法國科學家蓋·呂薩克發現，在氣體的化學反應中，在同溫同壓下參與反應的氣體的體積成簡單的整數比；如果生成物也是氣體，它的體積也和參加反應氣體的體積成簡單的整數比(氣體反應定律)。例如，兩公升的氫和一公升的氧化合時，生成兩公升的水蒸汽。蓋·呂薩克想，如果不論哪種氣體在同溫同壓下，在相同體積內部含有相同的原子數，不就可以用道爾頓的原子論解釋氣體反應定律了嗎？
要點與意義
1803年9月，道爾頓利用當時已掌握的一些分析數據，計算出了第一批原子量。1803年10月21日，在曼徹斯特的“文學和哲學學會”上，道爾頓第一次闡述了他關於原子論以及原子量計算的見解，並公布了他的第一張包含有21個數據的原子量表。在這份報告中道爾頓已經概括了科學原子論的以下三個要點：
元素（單質）的最終粒子稱為簡單原子，它們極其微小，是看不見的，是既不能創造，也不能毀滅和不可再分割的。它們在一切化學反應中保持其本性不變。
同一種元素的原子，其形狀、質量和各種性質都是相同的；不同元素的原子在形狀、質量和各種性質上則各不相同。每一種元素以其原子的質量為最基本的特徵。
不同元素的原子以簡單整數比相結合，形成化學中的化合現象。化合物原子稱為複雜原子。複雜原子的質量為所含各種元素原子質量的總和。同一化合物的複雜原子，其組成、形狀、質量和性質必然相同。
次年，著力於普及化學知識的蘇格蘭化學家湯姆遜（1773-1852）聽說了道爾頓的原子論，他專程拜訪了道爾頓。在兩天的時間裡，他們倆熱烈、詳細地討論了原子學說，夜裡也難以成寐。其後的幾年裡，湯姆遜熱情地稱讚和宣揚道爾頓的原子學說，使這一學說很快為廣大化學界所熟悉。而道爾頓也受到湯姆遜的啟發，將原子論的研究重點由原來的物理方面轉向了化學方面。他認識到倍比定律對原子論的證明具有重要意義，便重點研究了這一課題。
