年，拉瓦锡在对元素进行分类时，就试图探求过元素的内在联系。他提出的第--张元素表把元素分为四类：气体元素、金属元素、非金属元素和能成盐的土质元素。但他把光和热归为气体元素，把石灰和氧化镁归为土质元素，这是凭主观经验分类的。后来，人们依元素的性质，将其归为几族。有人称卤素为造盐元素，有人把长期置于空气中不被腐蚀的铜、银、金称为贵精髓。这些分类方法都带有很大的任意性。
德国化学家德贝赖纳在年对元素的原子量和化学性质之间的关系进行过研究。他在当时已知的54种元素中，发现几个性质相似的元素组，每组包括三种元素：锂、钠、钾；钙、锶、钡；氯、溴、碘；硫、硒、碲；锰、铬、铁。且每组元素的中间哪种元素的原子量，约为前、后两种元素原子量的算术平均值。由于他的三元素组局限于部分元素，且当时原子量测定工作尚处在混乱之中，因而未引起人们的重视。后来当原子量的测定日益精确，便暴露了三元素组有失真的地方。不过，德贝.赖纳的工作对后人是有启发的。
年后，化学家们逐步认识到元素的性质和它们的原子量之间可能存在着某
种函数关系，于是试图从元素整体.上来探讨这一规律。年法国地质学家尚古多把元素按其原子量大小，有顺序地标在圆柱体表面的螺旋线上，注意到元素性质随其原子量的变化具有周期性。
年，英国化学家欧德林按原子量排列元素的顺序，初步排列出今天元素周期表中的卤族、氧族、氮族等列，虽然错误不少，但比尚古多的螺旋图前进了一一步。
年，英国化学家纽兰兹发表了题为《八音律与原子量数字关系的起因》的论文，他按原子量大小给元素编上序号，把它们的序号依次排列，他看出了有类似于音乐中的八音阶的规律。由于他既没有考虑到尚有未发现的元素，也没有估计到他所用的原子量有误，致使他未将元素间的规律揭示出来。
在前人工作的基础上，俄国化学家门捷列夫与德国化学家迈尔通过各自的研究，都在年同时发现了化学元素周期律。
年，迈尔绘制出了《原子体积周期性图解》,揭示出化学元素的原子量和原子体积间的关系。年，他又制作了--张化学元素周期表，表中不但明确按原子量递增的顺序来排列元素，而且也留下一些空格来表示未知元素。不过，迈尔的研究侧重于元素的物理性质。对比他们二人在年公布的元素周期表，迈尔对元素的族划分得更细致，并在表中初步形成过渡元素族。
门捷列夫幼年居住于西伯利亚，对科学知识有极大兴趣。年，他进入彼得堡的中央师范学院学习，毕业后曾担任中学教师，后任彼得堡大学副教授。
年，门捷列夫为了系统地讲好无机化学课程，着手著述一本普通化学教科书《化学原理》。在著书过程中，他遇到一个难题，即怎样用一种合乎逻辑的方式来组织当时已知的63种元素。门捷列夫仔细研究了63种元素的物理性质和化学性质，又经过几次并不满意的开头之后，他想到了一个很好的方法对元素进行系统的分类。
门捷列夫准备了许多类似扑克牌一样的卡片，将63种化学元素的名称及其原子量、氧化物、物理性质、化学性质等分别写在卡片上。门捷列夫用不同的方法去摆那些卡片，用以进行元素分类的试验。最初，他试图像德贝赖纳那样，将元素分为三个--组，得到的结果并不理想。他又将非金属元素和金属元素分别摆在-起，使其分成两行，仍未能成功。接着，他用各种方法摆弄这些卡片，都未能实现最佳的分类。
年3月1日这天，门捷列夫仍然在对着这些卡片苦苦思索。
他先把常见的元素族按照原子量递增的顺序拼在--起，之后是那些不常见的元素，最后只剩下稀土元素没有全部“入座”，门捷列夫无奈地将它放在边上。从头至尾看--遍排出的“牌阵”,门捷列夫惊喜地发现，所有的己知元素都已按原子量递增的顺序排列起来，并且相似的元素依一定的间隔出现。第二天，门捷列夫将所得出的结果制成一张表，这是人类历史上第--张化学元素周期表。在这个表中，周期是纵行，族是横行。在门捷列夫的周期表中，他大胆地为尚待发现的元素留出了位置，并且在其关于周期表的发现的论文中指出：按着原子量由小到大的顺序排列各种元素，在原子量跳跃过大的地方会有新元素被发现，因此周期律可以预言尚待发现的元素。
门捷列夫汲取了迈尔周期表的长处，对周期表继续进行更深入的研究，并在年12月，与他的论文《化学元素周期性依赖关系》同时发表了第二张元素周期表。在这张周期表中，将原来的竖行改成横排，使同族元素处于同一竖行中，突出了化学元素性质的周期性。在同一族里，也像迈尔一样划分了主族和副族，使元素的周期性更加明显。他大胆地修正了一-些已被公认的元素的原子量，如In、La、Y、Er、Ce、Th、U等。他把尚未发现元素的空格由原来的四个增至六个，并且还预言了它们的性质。如对“类铝”、“类硅”等的预言，准确得令人惊奇。
门捷列夫在《化学元素周期性依赖关系》一-文中，确立了元素周期律，即元素(以及由它形成的单质或化合物)的性质周期性地随着它们的原子量的改变而改变。
周期律的要点如下：
●若把元素按原子量的大小排列，明显地呈现出性质上的周期性变化。
●化学性质相似的元素的原子量，有些作有规律的增大，如钾、铷、铯；有些则近于相等，如锇、铱、铂。
●元素的族的顺序，与其化合价相当。
●原子量较小的几种元素，它们在性质上差异较大，分散在各族
里，是各族有代表意义的元素。
●原子量的大小决定元素的特征。
●元素的原子量，可借与其相邻各元素的性质及原子量进行校正，碲的原子量不应是,而应介于^之间。可以预测尚未被发现的元素，例如“类铝”和“类硅”的原子量应介于65~75之间。
化学元素周期律的确立，使化学从对个别元素的零星事实的罗列中，揭示出了化学元素之间存在的自然关系，把所有化学元素纳入一一个完整的体系，使化学进入了系统化的阶段，特别是对无机化学进行了一次大综合。这把过去研究过的无机物如氧化物、氢化物以及酸、碱、盐等，都纳入一个系统的理论体系之中，并对各种化学元素及其化合物的性质作了统一说明。
年出版的《化学原理》一书，不但是按照元素周期系编写的一本化学教学参考书，而且也标志着化学教本不再是各种元素和它们的化合物的资料的堆集，而是成了一个系统化的体系。
