到17世紀，由於航海、造船、紡織、冶金業的迅速發展，人們已不能滿足關於微粒、原子和元素概念的空洞議論，迫切要求建立科學的物質本源理論。例如，為了提高燃燒的效率，不能光談火與木的作用，而要弄清哪種燃料更有效、更耐燒；為了提高金屬的強度，需要了解和比較不同金屬的性質等。
1650年法國科學家伽桑狄關於原子學說的論文，首創分子一詞，澄清了原子和分子的模糊認識，他指出，原子是不可分的終極粒子；而分子是獨立存在的物質的最小單位，它是可分的。隨後，英國化學家波義耳起來支持這種觀點，他在1661年發表的劃時代著作《懷疑派化學家》中說：“宇宙中由普通物質組成的混合物體的最初產物實際上是可以分成大小不同而形狀千變萬化的微小粒子，這種想法並不荒謬。”他的同時代人，英國著名科學家牛頓全盤接受了這種思想，於1687年出版的著名的《自然哲學的數學原理》一書中進一步發展了物質結構的微粒說，特別是光的粒子論。波義耳和牛頓的工作對後來科學的分子-原子學說的建立有重大推動作用。科學的想法是科學的生命，基礎理論每前進一步，都能給整個科學特別是技術的進步以巨大動力。但是伽桑狄、波義耳、牛頓的粒子學說要真正成為科學的基礎，還有許多問題亟待解決。
做出第一個重大努力的是波義耳，他對古希臘尤其是亞裏士多德以來的已成定型的傳統觀念提出質疑，首次在實驗的基礎上提出，“元素是指某種原始的和完全純淨的簡單物質”，樹立了科學的元素概念的第一個裏程碑。他還明確指出，化學應當用實驗方法和科學觀察而不是用抽象的空談和冥思苦想的臆測來建立自己的“理論”。這實在是一件大事，一石擊起千重浪。波義耳的這種實證科學精神，給後世的科學家以重大的影響。18世紀的工業革命進程，特別是蒸氣機、輪船的發明，促進了動力研究，呼喚著新的燃燒理論。法國化學家拉瓦錫的燃燒氧化學說，總結了波義耳後100年的科學進展，這標誌著化學發展的新階段。拉瓦錫在一篇論文中提出了“元素是用任何方法都不能分解的物質”的新概念，並列出了人類曆史上第一張包括33種元素的化學元素表。
在這些前人卓越工作的基礎上，英國科學家道爾頓通過自己的實驗，總結了當時已知的各種化學反應特別是氣體反應間的關係，提出了科學的原子論，為揭示物質本源的科學的分子-原子學說的建立做出了曆史性的貢獻。
200多年前，道爾頓出生在蘇格蘭一個窮鄉僻野的貧苦家庭，父親是紡織匠，具有刻苦耐勞的品質，母親出身於自由民家庭，有著剛毅和熱忱的性格。道爾頓10歲起就為一富家當小工，由於聰明勤奮，很討主人的喜愛，並且熱心地教他數學。他還被推薦做了鄉村教師，就這樣，道爾頓一邊幹活，一邊刻苦自學。20歲時，就學完了許多大學課程並熟練地掌握了多種外國語。他還兼做氣象預報員，從青年時期開始，道爾頓就對大氣的研究產生了濃厚的興趣，他常常是在業餘時間背起自製的簡陋儀器爬上山，在山上不同高度觀測，收集氣象資料。就這樣，從21歲開始，他堅持每天記錄，直至去世，持續57年之久，觀測記錄達2萬多次。道爾頓把自己的成就謙虛地歸結為“不屈不撓”，這是從母親那裏繼承的優秀品質。
他認為自己並不才華橫溢，但有偉大的獨立精神，這使他能把自己的卓絕心智用在看來煩瑣的問題上，促使他進行創立原子學說所必須的實驗和資料整理。經過20多年的努力，他終於取得了豐碩的成果。
1803年10月21日，在科學史上是一個值得紀念的日子，道爾頓在一次學術會議上首次提出了複雜原子（也就是後來的分子）的新概念和第一張相對原子質量表。隨後在1808年他發表了《化學哲學新係統》一書，係統地闡述他提出的新原子學說：元素的最終組成為原子，它在所有的變化中保持本性不變；每種元素以其原子的質量為基本特征，同種元素的原子質量及各種性質均相同；不同元素的原子以簡單整數比相結合，形成複雜原子，其質量為所含的各種原子質量之和。道爾頓還通過實驗確定了37種原子如氫、氧、氮和水、氨以及醇、糖等，醇和糖就是他所說的複雜原子。道爾頓的原子論不是哲學上的原子論，也就是說不是古代的那種哲學猜測，而是科學研究的結果，是可用實驗重複驗證的。