Проблема хімічного складу речовин була головною у розвитку хімії аж до 30 – 40-х рр. XIX століття. У цей час мануфактурне виробництво змінилося на машинне, а для останнього була необхідна широка сировинна база. У промисловому виробництві переважало перероблення величезних мас речовини рослинного і тваринного походження. У виробництві почали використовувати речовини з різними (часто протилежними) якостями, що складаються лише з декількох хімічних елементів органічного походження: вуглець, водень, кисень, сірка, фосфор. Пояснення цієї широкої різноманітності органічних сполук, що виникли на базі обмеженого числа хімічних елементів, учені стали шукати не тільки у складі, але й у структурі сполучення цих елементів.
Численні лабораторні експерименти і досліди переконливо доводили, що властивості одержаних у результаті хімічних реакцій речовин залежать не лише від самих елементів, але і від взаємозв'язку і взаємодії цих елементів у процесі реакції. Тому хіміки стали все більше звертатися до проблеми структури речовини і взаємодії складових елементів речовини.
Першим ученим, який домігся значних успіхів у новому напрямі розвитку хімії, став англійський хімік Джон Дальтон, який увійшов в історію хімії як першовідкривач закону кратних відношень і творець основ атомної теорії. Усі свої теоретичні висновки він одержав на основі зробленого ним самим відкриття, що два елементи можуть поєднуватися один з одним у різних співвідношеннях, але при цьому кожна нова комбінація елементів є новою сполукою.
Подібно до стародавніх атомістів Дальтон виходив з положення про корпускулярну будову матерії, але, ґрунтуючись на сформульованому Лавуазьє понятті хімічного елемента, вважав, що всі атоми кожного окремого елемента однакові і характеризуються тим, що мають певну вагу, яку він назвав атомною вагою. Таким чином, кожен елемент має свою атомну вагу, але ця вага відносна, оскільки абсолютну вагу атомів визначити неможливо. Як умовну одиницю атомної ваги елементів Дальтон брав атомну вагу найлегшого зі всіх елементів - водню і зіставляв з ним вагу інших елементів. Для експериментального підтвердження цієї ідеї необхідно, щоб елемент поєднувався з воднем, утворюючи певну сполуку. Якщо цього не відбувається, то необхідно, щоб даний елемент поєднувався з іншим елементом, про який відомо, що він здатний поєднуватися з воднем. Знаючи вагу цього іншого елемента відносно водню, можна завжди знайти відношення ваги даного елемента до прийнятої за одиницю ваги водню.
Міркуючи таким чином, Дальтон склав першу таблицю атомної ваги елементів. Ця таблиця стала найважливішою працею Дальтона, хоча у ряді аспектів вона виявилася помилковою. Основна помилка Дальтона полягала у переконанні, що при утворенні молекули атоми одного елемента поєднуються з атомами іншого елемента попарно. Хоча вже у той час було накопичено достатньо даних, які свідчили, що подібне приєднання атомів не є загальним правилом.
Для того щоб атомна теорія Дальтона могла одержати свій науковий статус у хімії, необхідно було об'єднати її з молекулярною теорією, яка припускала існування частинок (молекул), утворених з двох або більше атомів, здатних у хімічних реакціях розщеплюватися на ці складові.
Поворотний етап у розвитку хімічної атомістики пов'язаний з ім'ям шведського хіміка Ієнса Якоба Берцеліуса, який услід за Дальтоном зробив особливо великий внесок у створення атомної теорії.
Коли Дальтон запропонував свою атомну теорію і встановив закон кратних відношень, молодий шведський хімік Берцеліус, керований прагненням знайти закон утворення хімічних сполук, ретельно вивчив питання про їх склад. Провівши не одну сотню аналізів, він надав велику кількість доказів, що підтверджували закон сталості складу. У результаті хіміки були вимушені визнати справедливість цього закону, а отже, і прийняти атомістичну теорію, яка безпосередньо випливала із закону сталості складу.
Після цього Берцеліус звернувся до проблеми визначення атомної ваги елементів, розробивши складніші і точніші методи експериментів, ніж ті, які були доступні Дальтону. У результаті тривалої і ретельної аналітичної роботи Берцеліус дійшов висновку, що у солях існують прості і постійні зв’язки між атомами кисню основи і атомами кисню кислоти. Цього правила він постійно дотримувався при вивченні атомної проблеми.
На підставі своїх досліджень і розрахунків у 1826 р. Берцеліус опублікував першу таблицю атомної ваги, яка відрізнялася високою точністю. У цій таблиці атомна вага елементів була співвіднесена ним з киснем, атомна вага якого була взята такою, що дорівнює стам. Наведені у цій таблиці значення в основному збігаються (за винятком атомної ваги двох-трьох елементів) з прийнятими у наш час. Істотна відмінність між таблицями Берцеліуса і Дальтона полягає у тому, що величини, одержані Берцеліусом, у своїй більшості не були цілими числами. Ці розрахунки потім були підтверджені й уточнені іншими вченими.
З працями Берцеліуса з атомістики тісно пов'язане введення символів, запропонованих ним у 1814 р. для позначення не тільки елементів, але й хімічних реакцій. Усі хімічні символи, формули сполук і хімічні рівняння були введені Берцеліусом. Його система хімічної символіки істотно посприяла розвитку хімії. Як символ елемента у цій системі береться перша літера його латинської або грецької назви. У тих випадках, коли назви двох або більше елементів починаються з одних і тих самих літер, до них додається друга літера назви. Так з'явилися хімічні символи елементів, які використовуються у всьому світі і до цього часу. Ще одним важливим внеском Берцеліуса у розвиток хімії був запропонований ним поділ усіх хімічних речовин на органічні і неорганічні.
Від часу винайдення вогню людина стала ділити всі речовини на дві групи: горючі і негорючі. До горючих відносили, зокрема, дерево і жир, які в основному були паливом. Дерево - продукт рослинного походження, а жир або масло - продукти як тваринного, так і рослинного походження. На відміну від них вода, пісок, гірські породи і більшість інших речовин мінерального походження не горять і навіть гасять вогонь. Таким чином, між здатністю речовини до горіння і її приналежністю до живого або неживого світу було видно певний зв'язок.
Накопичені протягом вісімнадцятого століття знання дозволили хімікам зробити висновок, що судити про природу речовин, виходячи тільки з їх горючості або негорючості, помилково. Було встановлено, що речовини неживої природи могли витримувати жорстку обробку, і саме їх Берцеліус назвав неорганічними. Речовини живої або колись живої матерії такої обробки не витримували, і їх він назвав органічними.
У багатьох своїх проявах ці дві групи речовин поводилися принципово різним чином. Так, хіміки не припиняли дивуватися, що органічні речовини при нагріванні або якій-небудь іншій дії легко перетворюються на неорганічні (можливість зворотного переходу була встановлена набагато пізніше). У той час у науці панував віталізм - учення, що розглядає життя як особливе явище, що підкоряється не законам всесвіту, а впливу особливих життєвих сил. Прихильники віталізму стверджували, що для перетворення неорганічних речовин в органічні необхідна якась особлива дія («життєва сила»), яка виявляється тільки всередині живої тканини. З цієї причини неорганічні сполуки, наприклад воду, можна було знайти скрізь, тоді як органічні сполуки, що утворюються під впливом життєвої сили, можна знайти тільки у живих тканинах.
Хіміки того часу, що мали справу зі звичайними сполуками і користувалися звичайними методами, здійснити перетворення, що вимагали участі життєвих сил, природно, не могли.
Історія хімії свідчить, що до середини XIX ст. її розвиток відбувався безладно і хаотично. Хіміки відкривали все нові і нові хімічні елементи, описували їх властивості, здатність вступати у різні реакції і завдяки цьому поступово накопичили величезний емпіричний матеріал, який необхідно було звести до певної системи. Логічним завершенням цього багатовікового процесу виникнення і розвитку хімії став Перший міжнародний хімічний конгрес, який відбувся у вересні 1860 р. у німецькому місті Карлсруе. На конгресі були присутні найвідоміші хіміки того часу.
Проведення конгресу в Карлсруе мало велике значення для розвитку хімії. На ньому були сформульовані і прийняті основоположні принципи, теорії і закони хімії, які не викликали ніяких сумнівів в учасників. Тим самим хімія заявила про себе де- факто як про самостійну науку.
Проте набагато більше значення мали наукові результати і наслідки конгресу. До 60-х років минулого століття у хімії ще збереглася плутанина з атомною і молекулярною вагою, що не дозволяло точно вирішити питання про систему елементів і негативно позначалося на розвитку самої хімії. Розбіжності з приводу відносної атомної ваги, що приписувалася атомам різних елементів, привела до розбіжностей стосовно числа атомів окремих елементів, що входять у дану молекулу. Вчені неодноразово робили спроби надати цим проблемам системного вигляду, але їх пропозиції були дуже недоско-налими, тому що як системоутворюючі чинники бралися найчастіше неістотні, другорядні і навіть чисто зовнішні ознаки елементів.
Ініціатором обговорення і вирішення даної проблеми став італійський хімік Станіслао Канніццаро, який запропонував розмежувати поняття «атомна вага», «молекулярна вага» і «еквівалентна вага». На конгресі Канніццаро виголосив яскраву промову і йому вдалося переконати учасників у правильності пропонованих ним ідей. З цієї миті у питання про атомну вагу була внесена ясність, одночасно було гідно оцінене значення таблиці атомної ваги, складеної Берцеліусом.
Це рішення означало можливість домовитися про емпіричні формули сполук і продовжити вивчення будови молекул, уточнюючи розташування атомів у них спочатку у площині, а потім і у просторі. Крім того, рішення конгресу, по суті справи, підготували умови для створення періодичної системи елементів.