由於交不起學費，道爾頓被迫中途輟學，並從12歲開始就辦私塾教學，同時受雇幹農活，過早地挑起了生活的重擔。雖身處逆境，他仍堅持自學，毫不鬆懈。當地一位有學問的教友會紳士伊萊休·魯賓遜是個自然科學愛好者，他十分欣賞道爾頓，寧願放棄休息時間在晚上給道爾頓講授數學、物理等知識。
魯賓遜愛好觀測氣象，自製了各種精巧的儀器，在魯賓遜的熱心指導下，道爾頓開始了氣象觀測，並且萌發了為海員和農民預報天氣的想法。
1781年，15歲的道爾頓外出謀生，來到肯代爾鎮。在他表兄辦的寄宿學校裏擔任助理教員，一直在那裏工作了12年。他工作之餘發憤讀書，無論是數學、自然科學還是哲學、文學，都廣泛涉獵，他在這12年裏所讀的書，比以後50年中所讀的還要多，勤奮自學的勁頭可見一斑。
在博覽群書的同時，他沒有放棄氣象觀測工作。他把魯賓遜臨別贈送的禮物——氣壓計掛在牆上，在校園裏安裝了雨量計，他的室內桌子上擺滿了各式各樣玻璃儀器。這麼多儀器大部分都是他自己吹製的，博覽群書和氣象觀測使道爾頓深深感到：自然之謎太多了，要去認識它們和利用它們需要太多的知識，需要誌同道合的朋友和老師。
一天，道爾頓聽說附近有一位學識淵博的約翰·豪夫先生，就去拜訪。當他緊握著這位當地人人稱道的實驗家的手時，他愣住了——豪夫先生竟是個瞎子。
豪夫似乎感覺到了道爾頓的疑慮，他站起身，向一張大桌子走去，桌子上擺滿了各種儀器、試管，但擺得井井有條，隻見他毫不費力地取到所需的用具，把容器倒滿，沒有灑漏，沒有碰撞，每個動作都熟練準確。從豪夫身上，道爾頓又一次深深感到毅力的重要。他曾這樣介紹豪夫：“豪夫大約在兩歲時因患天花失明，或許可以說他是被奪去最寶貴的感官以後，創造了一個把天才與毅力結合起來的極其令人驚訝的典範。他掌握拉丁文、希臘文和法文，通曉數學的各個部門，精通天文、化學、醫學……。特別令人驚奇的是他能僅僅依靠頭腦解決困難而深奧的問題。他用觸覺、味覺和嗅覺幾乎能分辨出他所住的周圍二十多英裏範圍內的每一種植物。如果我對科學有什麼新的或者是重要的貢獻，首先是由於我能得到他的指導和他在哲學研究方麵的榜樣。”
正是在這樣一位盲人學者的鼓勵與指導之下，道爾頓不僅學到了數學、自然科學、哲學以及希臘文、拉丁文、法文等方麵的知識，而且還學會了記氣象日記，開始對自然界進行係統的科學觀察。道爾頓從1787年起堅持寫氣象日記57年，從未間斷，全部觀測記錄超過20萬條。
1793年，道爾頓出版了他的第一部學術專著《氣象觀測論文集》，初步總結了他的觀測結果，分析了雲的形成、蒸發過程和大氣降水量的分布等，從中可以看到道爾頓後來許多發現的原始構思，從此，這位年僅27歲的青年教師引起了科學界的注意。
就在這一年，道爾頓受聘於曼徹斯特文學哲學學會創辦的新學院，擔任講師，講授數學和自然科學。學院條件優越，但教學負擔繁重，實驗室缺乏，不久，道爾頓意識到，過重的教師工作已妨礙他對自然科學的探索和研究。六年以後，他毅然辭掉了講師職務，隻花很少的時間給私人授課，過著清貧的生活，而把大部分時間用於做實驗和論文宣讀會等學術活動。“午夜方眠，黎明即起”是道爾頓的座右銘，他正是以這種強烈的事業心和對自然科學的極端愛好，在科學研究探索的道路上奮鬥了整整26年，終於迎來了他才華橫溢的鼎盛時期。
成果卓著的物理、化學家
道爾頓具有分析、綜合和概括的非凡才能。他從觀測氣象開始，進而研究空氣的組成，混合氣體的擴散和分壓，總結出氣體分壓定律，推論出空氣是由不同的微粒混合組成，確認了原子的客觀存在，再以此為出發點，通過化學實驗，從氣象學、物理學轉入化學領域，把自己的科學研究從定性階段發展到定量階段，並經過嚴格的邏輯推導逐步建立了科學原子論。
1801年10月，道爾頓宣讀了一組論文：《混合氣體的組成》、《論水蒸氣的力》、《論蒸發》和《論氣體受熱膨脹》。這四篇論文表明，各地的大氣都是由氧、氮、二氧化碳和水蒸氣四種主要物質成分的無數微粒或終極質點混合而成的。
那麼，混合是怎樣發生的呢？不久，道爾頓發表一篇題為《彈性流彼此相互擴散的趨勢》解釋了這一問題；氣體混合物的形成是因為氣體彼此擴散的緣故。那麼這種混合氣體又有什麼特征呢？道爾頓為此設計了實驗，通過實驗他得出了結論：混合氣體的壓力等於各組分氣體在同樣條件下單獨占有該容器時的分壓力的總和。這就是著名的道爾頓分壓定律。
麵對分壓定律，道爾頓又開始思索推論，第一次明確的描繪了原子的存在。繼而把對原子的認識從定性推進到定量的階段——倍比定律又被道爾頓發現了。倍比定律的發現成為他確立原子論的重要基石。