Основоположником системного підходу у хімії став російський хімік Дмитро Іванович Менделєєв. Під час роботи конгресу він перебував у Німеччині і працював над дисертацією. Він, природно, був учасником конгресу і чув виступ Канніцаро, в якому той чітко виклав свою точку зору на проблему атомної ваги. Повернувшись до Росії, Менделєєв розпочав вивчення хімічних властивостей елементів і звернув особливу увагу на періодичність зміни валентності елементів, розміщених у порядку зростання атомної ваги. Він вважав, що будь-яке точне знання складає систему, в основі якої повинен бути єдиний систематизуючий чинник. За такий чинник він вибрав атомну вагу, вважаючи, що остання є головною характеристикою всіх хімічних елементів.
Ґрунтуючись на збільшенні і зменшенні валентності елементів, залежно від їх атомної ваги, Менделєєв розділив елементи на періоди (звідси назва «періодична система елементів»). Перший період включає тільки один елемент - водень, потім ідуть два періоди по сім елементів у кожному, а потім періоди, що містять більше семи елементів. Така періодична система елементів була яснішою і наочнішою, ніж графік. Завдяки формі таблиці світова спільнота вчених віддала пріоритет відкриття періодичної системи саме Менделєєву, а не іншим ученим, які на той час також систематизували елементи, але в інших формах. За часів Менделєєва було відомо лише 62 хімічних елементи. Тому в таблиці залишилися порожні клітинки (пропуски). Наявність цих пропусків він пояснив не недосконалістю самої таблиці, а тим, що відповідні елементи поки що не відкриті. Згодом ці елементи були відкриті хіміками і їх властивості виявилися саме такими, як передбачив Менделєєв.
Хоча класифікація Менделєєва стала видатним науковим досягненням, яка набула значного поширення і стала достовірно науковою системою хімічних знань, вона не була ідеальною і довершеною. Перший недолік таблиці полягав у тому, що водень як одновалентний елемент був розміщений на початку I групи. Проте хіміки тоді ще не дійшли до єдиної думки щодо того, чи слід поміщати водень у цю групу, оскільки водень не схожий у хімічному відношенні на інші елементи цієї групи. Цей і ряд інших недоліків таблиці дозволив у подальшому декільком ученим внести в неї удосконалення, останнє з яких було зроблене після відкриття явища радіоактивності.
У міру вдосконалення періодична система елементів завойовувала у хіміків загальний авторитет, оскільки пояснювала багато фактів, а найголовніше вказувала на існування глибокої залежності між різними елементами, виводила властивості хімічних елементів з їх порядкового номера у таблиці Менделєєва.