1860年迈耶尔出席了卡尔斯鲁厄国际化学会议。在这第一次国际化学界的盛会上，30岁的迈耶尔听到了意大利化学家康尼查罗关于利用阿佛伽德罗定律和原子热容定律测定原子量、分子量的论文，后来他又认真研究了康尼查罗散发的这篇论文，感到疑云顿消，接受了阿佛伽德罗的分子论，并且认为这次会议将成为化学理论发展的一个转折点。这些认识促使他系统总结当时的化学理论，于四年后的1864年写成了著名的《近代化学理论》，宣扬了科学原子-分子论。这本书前后再版了五次，并被译成英文、法文和俄文。许多人正是通过这本名著，认识了分子论。
《近代化学理论》（第一版）的另一大贡献是发表了迈耶尔的第一张元素周期表，表中列出了28种元素，它们按原子量递增的顺序排列，周期性地分成6个族，这6族元素相应的化合价是4，3，2，1，1，2。化合价明显地呈现出周期性的变化，同族元素也明显地呈现出相似性。迈耶尔还计算了同族元素的原子量之间的差值，发现第二横排元素的原子量与第三横排相应元素原子量的差值几乎都是16，其他横排之间也有类似的规律。他对此很感兴趣。他还指出硅与锡之间有未发现的元素存在，它的原子量可能是73．1。
四年后，在《近代化学理论》第二版中，迈耶尔发表了他的第二张元素周期表，新增加了24种元素和9个纵行，共计15个纵行，明显地把主族和副族元素分开了，这样就使过渡元素的特性区别于主族而独立地表现出来了，同时也避免了由于副族元素的加入而使同一主族元素的性质迥异。
1870年迈耶尔又发表了他的第三张元素周期表，重新把硼和铟列在表中，并把铟的原子量修订为113．4。预留了一些空位给有待发现的元素，但是表中没有氢元素。同时发表的还有著名的《原子体积周期性图解》，图中描绘了固体元素的原子体积随着原子量递增而发生的周期性变化。一些易熔的元素（如Li、Na、K、Rb、Cs）都位于曲线的峰顶；而难熔的元素（如C、Al、Co、Pd、Ce）则位于曲线的谷底。迈耶尔吸取前人的研究成果，主要从化合价和物理性质方面入手独立地发现了元素周期律。
1895年4月11日，正在担任蒂宾根大学校长的迈耶尔去世。讣文高度评价他的名著《近代化学理论》：“在开始出版这本书时，并不感到她特别出色，但是随着岁月的增长，这本书对于化学家们产生愈来愈大的影响。这本书从小册子终于发展成为堂堂巨著。在物理化学这门学科建立以前，这本书一直被认为是化学基础理论的代表作。”
门捷列夫提出元素周期律
与迈耶尔相似，以先行者提供的借鉴为基础，门捷列夫通过自己顽强的努力，于1869年2月编成了他的第一张元素周期表。1869年3月18日，俄国化学会举行学术报告会，门捷列夫因病未能出席，他委托他的同事、彼得堡大学化学教授门许特金代他宣读他的论文《元素性质和原子量的关系》。在论文中，他指出：
（1）按照原子量大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性变化。
（2）化学性质相似的元素，或者是原子量相近（如Pt，Ir，Os），或者是依次递增相同的数量（如K，Rb，Cs）。
（3）各族元素的原子价（化合价）一致。
（4）分布在自然界的元素都具有数值不大的原子量值，具有这样的原子量值的一切元素都表现出特有的性质，因此可以称它们是典型的元素。
（5）原子量的大小决定元素的特征。
（6）应该预料到许多未知元素将被发现，例如排在铝和硅后面的、性质类似铝和硅的、原子量位于65～75之间的两种元素。
（7）当我们知道了某些元素的同类元素的原子量后，有时可借此修正该元素的原子量。
（8）一些类似的元素能根据其原子量的大小被发现出来。
正如门捷列夫所指出的，周期律的全部规律性都表述在这些原理中。其中最主要的是元素的物理和化学性质随着原子量的递增而做着周期性的变化。
他的卓见没有立即被接受。他的老师、俄国化学家齐宁甚至训诫他是不务正业。在这种压力下，门捷列夫没有像纽兰兹那样伤心地放弃对新理论的研究，他不顾名家的指责和嘲笑，继续为周期律的揭示而奋斗。经过两年的努力，1871年他发表了关于周期律的新论文。文中他果断地修正了前一个元素周期表。例如在前一表中，性质类似的各族是横排，周期是竖排；而在新表中，族是竖排，周期是横排，这样各族元素化学性质的周期性变化就更为清晰。同时，他像迈耶尔那样，将那些当时性质尚不够明确的元素集中在表格的右边，形成了各族元素的副族。在前表中为尚未发现的元素留下的4个空格，在新表中则变成了6个。
门捷列夫深信他所发现的周期律是正确的。他以周期律为依据，大胆指出某些元素的原子量是不准确的，应重新测定。例如当时公认金的原子量为169．2，按此，在周期表中，金应排在锇、铱、铂（当时认为它们的原子量分别是198．6，196．7，196．7）的前面。而门捷列夫根据金的性质认为金在周期表中应排在这些元素的后面，所以它们的原子量应重新测定。重新测定的结果是：锇为190．9，铱为193．1，铂为195．2，金为197．2。实验证明了门捷列夫的意见是对的。又例如，当时铀公认的原子量是116，是三价元素。门捷列夫则根据铀的氧化物与铬、钼、钨的氧化物性质相似，认为它们应属于一族，因此铀应为六价，原子量约为240。经测定，铀的原子量为238．07，再次证明门捷列夫的判断正确。基于同样的道理，门捷列夫还修正了铟、镧、钇、铒、铈、钍的原子量。
门捷列夫对于各种元素的单质和化合物的化学性质十分了解，并清楚多种原子量的测定方法，这些知识使他对周期律怀有坚定的信念。而他在周期表中留下空位，并详细预言尚未发现元素的种种性质，则是他在揭示元素周期律的道路上迈出的最出色、最具胆略的一步。
预言的元素被发现
1875年，法国化学家布瓦博德朗在分析比里牛斯山的闪锌矿时发现一种新元素，他将新元素命名为镓，以表达他对他的祖国法兰西的热爱，并把测得的关于镓的主要性质公布了。不久他收到了门捷列夫的来信，门捷列夫在信中指出：关于镓的比重不应该是4．7，而是5．9～6．0。当时布瓦博德朗很疑惑，他是惟一手里掌握金属镓的人，门捷列夫是怎样知道镓的比重的呢？1876年9月，布瓦博德朗重作了实验，将金属镓提纯，重新测定，结果镓的比重确实为5．94（现代值为5．91），这结果使他大为惊奇。他认真地阅读了门捷列夫的周期律论文后，感慨地说：“我没有什么可说的了，事实证明了门捷列夫这一理论的巨大意义。”
镓是用光谱分析法发现的
镓的发现是化学史上第一个事先预言的新元素被发现，它雄辩地证明了门捷列夫元素周期律的科学性。1880年瑞典的尼尔森发现了钪，1885年德国的文克勒发现了锗。这两种新元素与门捷列夫预言的类硼、类硅也完全吻合，门捷列夫的元素周期律再次经受了实践的检验。
预言被证明极大地鼓舞了门捷列夫。1889年，门捷列夫应邀参加伦敦化学会举办的法拉第演讲会，他在关于周期表的报告中说道：“我预见到某些新元素的存在，在这里我提供一个例子，虽然至今我对它了解得还不太透彻。包括汞、铅、铋在内的第六周期元素中，我设想有一个与碲相类似、应排在碲下面的元素存在，可以把它叫做‘类碲’。”
果然，“类碲”又在1898年被居里夫人发现，她为了纪念她的祖国波兰，把这种世界上首次通过追踪放射性而发现的元素命名为钋。钋的性质与门捷列夫预言的“类碲”的性质也是一致的。
化学元素周期律是自然界的一条客观规律。它揭示了物质世界的一个秘密，即这些似乎互不相关的元素间存在相互依存的关系，它们组成了一个完整的自然体系。从此新元素的寻找，新物质、新材料的探索有了一条可遵循的规律。元素周期律作为描述元素及其性质的基本理论有力地促进了现代化学和物理学的发展。
门捷列夫为元素周期律的揭示做出了卓越的贡献。他的出色之处是敢于对当时公认的原子量提出质疑，并大胆地给未发现元素预留空位，还准确地预言了这些元素的性质。对此他自己曾评价道：
“定律的确证只能借助于由定律引申出来的推论。这种推论，如果没有这一定律便不能得到和不能想到，其次才是用实验来检验这些推论。因此我在发现了周期律之后，就多方面引出如此合乎逻辑的推论，这些推论就能证明这一定律是否正确，其中包括未知元素的特征和修改许多元素的原子量。没有这种方法就不能确证自然界的定律。不论法国人所推崇为周期律发现人的尚古多也好，英国人所推崇的纽兰兹也好，另一些人认为的周期律创始人迈耶尔也好，都没有像我从最初（1869年）起就做的那样，敢于预测未知元素的特性，改变‘公认的原子量’，或一般说来，把周期律认作是一个自然界中结构严密的新定律，它能够把散乱的材料归纳起来。”
从这段话可以看出，门捷列夫当时就将各元素的性质、周期律、推论和实验验证看成一体，他自觉或不自觉地具有普遍联系的辩证思想。他提出周期律运用的是综合归纳的方法，而他验证周期律用的却是演绎推理的方法。
1882年，门捷列夫与迈耶尔共同作为元素周期律的发现人获得了英国皇家学会的最高荣誉——戴维奖章。五年后，英国皇家学会将同样的荣誉颁发给它自己的会员——纽兰兹，以表彰他的“八音律”对周期律的揭示所起的承前启后的作用。
门捷列夫是怎样发现元素周期律的
宇宙万物是由什么组成的？古希腊人以为是水、土、火、气四种元素，古代中国则相信金、木、水、火、土五种元素之说。到了近代，人们才渐渐明白：元素多种多样，决不止于四五种。18世纪，科学家已探知的元素有30多种，如金、银、铁、氧、磷、硫等，到19世纪，已发现的元素已达54种。
人们自然会问，没有发现的元素还有多少种？元素之间是孤零零地存在，还是彼此间有着某种联系呢？
门捷列夫发现元素周期律，揭开了这个奥秘。
原来，元素不是一群乌合之众，而是像一支训练有素的军队，按照严格的命令井然有序地排列着，怎么排列的呢？门捷列夫发现：元素的原子量相等或相近的，性质相似相近；而且，元素的性质和它们的原子量呈周期性的变化。
德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫生于1834年2月7日俄国西伯利亚的托波尔斯克市。这个时代，正是欧洲资本主义迅速发展时期。生产的飞速发展，不断地对科学技术提出新的要求。化学也同其他科学一样，取得了惊人的进展。门捷列夫正是在这样一个时代，诞生到人间。门捷列夫从小就热爱劳动，热爱学习。他认为只有劳动，才能使人们得到快乐、美满的生活；只有学习，才能使人变得聪明。
门捷列夫在学校读书的时候，一位很有名的化学教师，经常给他们讲课。热情地向他们介绍当时由英国科学家道尔顿始创的新原子论。由于道尔顿新原子学说的问世，促进了化学的发展速度，一个一个的新元素被发现了。化学这一门科学正激动着人们的心。这位教师的讲授，使门捷列夫的思想更加开阔了，决心为化学这门科学献出一生。
门捷列夫在大学学习期间，表现出了坚韧、忘我的超人精神。
由于门捷列夫学习刻苦和在学习期间进行了一些创造性的研究工作，1855年，他以优异成绩从学院毕业。毕业后，他先后到过辛菲罗波尔、敖德萨担任中学教师。这期间，他一边教书，一边在极其简陋的条件下进行研究，写出了《论比容》的论文。文中指出了根据比容进行化合物的自然分组的途径。1857年1月，他被批准为彼得堡大学化学教研室副教授，当时年仅23岁。
攀登科学高峰的路，是一条艰苦而又曲折的路。门捷列夫在这条路上，也是吃尽了苦头。当他担任化学副教授以后，负责讲授《化学基础》课。在理论化学里应该指出自然界到底有多少元素？元素之间有什么异同和存在什么内部联系？新的元素应该怎样去发现？这些问题，当时的化学界正处在探索阶段。近五十多年来，各国的化学家们，为了打开这秘密的大门，进行了顽强的努力。虽然有些化学家如德贝莱纳和纽兰兹在一定深度和不同角度客观地叙述了元素间的某些联系，但由于他们没有把所有元素作为整体来概括，所以没有找到元素的正确分类原则。年轻的学者门捷列夫也毫无畏惧地冲进了这个领域，开始了艰难的探索工作。
他不分昼夜地研究着，探求元素的化学特性和它们的一般的原子特性，然后将每个元素记在一张小纸卡上。他企图在元素全部的复杂的特性里，捕捉元素的共同性。但是他的研究，一次又一次地失败了。可他不屈服，不灰心，坚持干下去。
为了彻底解决这个问题，他又走出实验室，开始出外考察和整理收集资料。1859年，他去德国海德尔堡进行科学深造。两年中，他集中精力研究了物理化学，使他探索元素间内在联系的基础更扎实了。1862年，他对巴库油田进行了考察，对液体进行了深入研究，重测了一些元素的原子量，使他对元素的特性有了深刻的了解。1867年，他借应邀参加在法国举行的世界工业展览俄罗斯陈列馆工作的机会，参观和考察了法国、德国、比利时的许多化工厂、实验室，大开眼界，丰富了知识。这些实践活动，不仅增长了他认识自然的才干，而且对他发现元素周期律，奠定了雄厚的基础。