世界上千差萬別的物體是由什麼構成的呢？古代中外哲學家對這個問題曾提出過不少見解。我國春秋戰國時期，盛行“陰陽五行”學說，認為宇宙間的一切物質，都是由金、木、水、火、土(五行)通過陰、陽這兩種力，彼此間以不同比例相互結合而構成。生活在2500多年前的古希臘哲人也提出了相似的看法：泰勒斯認為：“萬物是由水構成的”；赫拉克利特提出“萬物是火構成的”；畢達哥拉斯主張“數構成了萬物”；而色諾芬尼幹脆說：“神創造了萬物”。
眾多的解釋中，最接近近代物質結構理論的是莊子和德謨克利特這兩位中西哲人的見解。我國春秋人氏莊子說：“一尺之棰，日取其中，萬世不竭。”他用具體生動的例子說明了他對“物質可以無限分割”的看法。古希臘人德莫克利特認為：“萬物皆由不可再分割的粒子組成，它們在虛空中運動、發展和變化。”源於古希臘語的“原子”，其含意就是不可再分割之物。
真正使物質構成學說納入科學軌道的是18世紀英國的一位自學成才的化學家——道爾頓。道爾頓(1766-1844)是英國鄉村的一名小學教師。21歲時便開始了對氣象、大氣成分和性質的研究。1802年提出了混合氣體的分壓定律(總壓力等於各種氣體壓力之和)。他在對氣體和混合氣體進行深入研究的過程中，發現了當時化學研究存在著嚴重缺陷，即缺少一種真正可靠、科學的物質結構理論。於是，他決定接過前人提出過的原子論問題，繼續研究下去。
道爾頓的同時代人德國人特裏希(1762-1807)於1791年在酸堿反應中發現了當量定律、法國藥劑師普羅斯(1754-1826)1799年測定並提出了定比定律、英國化學家戴維(1778-1829)於1800年發現了倍比定律，這些科學新發現都給了道爾頓以巨大的啟發，使得道爾頓在對原子量的科學測定基礎上建立科學的原子論有了科學的依據和科學的研究方法。經過了整整15年的艱辛勞動，通過無數次的實驗，道爾頓於1808年正式發表了《化學哲學新體係》一書，在這部科學史的經典著作中，他向世人明確提出了一種科學的原子論，從此化學步入“原子時代”。
與建立在哲人的天才猜測和主觀臆想之上的古老的原子論不同，古代原子論中的原子隻是存在於思維中的抽象概念；道爾頓的原子論是在實驗的基礎上提出的，他的原子是經化學實驗證實其存在的具體物質。
道爾頓原子論的基本內容是：(1)物質是由具有一定質量的原子構成的。(2)元素(波義耳的概念)由同一種類的不可再分的原子構成；化合物是由構成該化合物成分的元素的原子結合而成的。原子是化學作用中最小的單位，在化合和化分中保持原性質不變。(3)同種元素的原子，其形狀、性質和重量相同；異種原子則不同。(4)化合中不同元素原子遵循定比定律和倍比定律按簡單數目的比例相結合，例如，在一氧化碳和二氧化碳中，氧的比例是1∶2。由此，道爾頓提出了一個鑒別不同元素原子的重要而又簡便的方法，就是去鑒別它們的相對質量(即原子量)。如果知道一種元素有幾個原子與另一種元素的一個原子化合，就可以測算出原子量來。道爾頓根據一些化學實驗，編製出了包括14種元素在內的世界上第一張原子量表(以氫原子量為1，求得其它原子的重量)。他因此成為化學史上第一個提出原子量概念的人，也是第一個開始自覺測量原子量的人。盡管由於道爾頓本人主觀臆斷的錯誤計算方法，而沒能測準原子量(比如，他認定，如果兩種原子隻形成一種化合物，其比例是1∶1；若生成兩種以上的化合物，比例則為1∶2或2∶1。所以，水分子是HO，而不是H2O；氨是HN，而不是HN3；他甚至把氧的原子量定為7，而不是16)。雖然他的計算是錯誤的，但卻引來了大批化學家開始對原子量的測量工作，有力地推動了化學科學的發展。