三千年前，中國古代科學家認為世界可能是由金、木、水、火、土這五種元素組成的。它們之間相互交替搭配，因此世界就出現了千差萬別。
古希臘學者泰勒斯（公元前624年—公元前547年）曾推斷水為萬物之源，只有水的溼潤才能出現萬物，物質由水而來，又化為水而去。
古希臘學者拉克利特（公元前535年—公元前475年）又提出火是萬物的基礎，世界是一團燃燒著的永恆的火。
最有學問的古希臘學者德謨克利特（公元前460年—公元前362年），認為事物的本源是原子的排列。物質之所以有形態、顏色、味道 及其許多的不同，是因為組成它們的原子大小、形狀及排列方式不一樣。這個猜想已非常接近現代人的思想。
而這時，又一個古希臘學者亞里斯多德（公元前384年—公元前342年），他認為世界是由火、空氣、水、土、四種「元素」組成的。而每種元素的表現形式通過熱、冷、溼、幹的變化過渡而成另一種元素。亞里斯多德當時是學術界的最高權威，神聖不可侵犯，他的這種思想竟統治了世界一千年。
這種理論又引出了一種練金術來。許多練丹術士，時常夢想能煉出長生不老的金丹。就是那雄才大略的秦始皇、漢武帝也都曾受騙上當，花費了許多錢財夢想長生不老。鍊金術士總夢想點石成金。從公元前2、3世紀開始，希臘就有人幹這這些蠢事，竟一直幹到了18世紀。一天英皇喬治三世在宮裡悶坐，忽然有人來訪，說他能點鐵成金，而且為帶來了黃金樣品。英王一聽，連忙召見，來人捧上樣品，真是黃金！英皇忙問，怎麼個練法，來人自稱是皇家學會會員，用最新的化學方法讓幾種元素參加化學反應後生成黃金。英皇一聽，又是皇家學會會員，又是最新方法，並且還擺著這一堆真金，龍顏大悅，忙命收下樣品，並通知牛津大學授於他一個博士學位。誰知這事惹起牛津大學和皇家學會的教授們的激烈爭議。爭論的結果最後請這位術士當眾一試。那人也慨然應允，約好的日期，他去準備。到那天，觀眾到齊後，人們到實驗室請他操作誰知一推房門，他已服毒身死。他本是自欺欺人，由於過不了這一關，因此只好一死了之。
物質是由什麼構成的就是在這樣的情形下摸索。
第一個用事實證明物質是由最小微粒原子構成的是英國一教會中學的普通教員道爾頓（1766—1844年）。
道爾頓最長期的工作就是觀察天氣，他在觀察天氣時忽然對空氣發生了興趣，空氣在空中自由均勻地流動，而當盛在容器裡，又能給容器壁均勻的壓強。他工作累了，在爐邊喝茶時，那茶香又均勻飄散到房間的每一個角落。看來氣體些極小的微粒，不然它怎能這樣自由地、勻稱地溶融呢？他想起德謨利特的關於原子的設想，看來很有道理，然而那畢竟只是一種哲學的推測，要成為化學的原子現論，自然還得經過化學實驗的驗證，但是在無數次的實驗中，道爾頓發現這些元素的結合總是按一定比例、比如把氫氣和氧氣放在一起反應，總是需要兩份氫氣和一份氧氣才結合成水。這樣，一個偉大的思想便產生了，他在1808年終於寫成《化學哲學的新體系》一書。書中指出：「化學的分解和化合所能做到的，充其量只是使原子彼分離和再結合起來而已。物質的新的創造和毀滅，卻不是化學作用所可以做到的，其所以不可能，就像我們不可能在太陽系中放進一顆新的行星或消滅一顆現存的行星那樣，也正如我們不可能創造或消滅掉一個氫原子一樣」。這就是說物質是由各自的原子組成，想要鐵原子變成金原子是辦不到的，因而千百年來那些夢想練鐵成金的人，不知個中緣由，又怎不是一場空呢？
既然各種元素的原子各不相同，那麼他們的重量也一定不同。然而那原子何等的小，直到後來人們才知道，它的直徑只有一億分之一釐米到一億分之四釐米。也就是說拿五十萬個原子擺在一根細頭髮絲的直徑上也能放下，而一個原子的重量了只有1/10-23克。道爾頓在當時絕不可能拿杆去稱它的重量，然而道爾頓卻想出一個妙法，即根據各種元素在化合反應時的比例，選擇最輕的氫，設定它的原子量為1，再以它為基準測其它元素是氫的幾倍就是它的原子量。道爾道就是用這種辦法在1803年9月6日列出了化學史上第一張有六種簡單原子和十五種化合物的原子量表。為了能區分這些各不相同的原子，道爾頓便制定了一套元素的符號表。道爾道一下子成了名人。他並不注名譽，但是英國皇家科學學會會長戴維不和他商量就把他吸收為皇家學會會員。英國政府授於他金質獎章，柏林科學院授於他名譽院士，法國科學院授於他名譽下事。
道爾頓天天沉迷於科學，終身未婚，別人問他為什麼不結婚，他用手指著腦袋說：「這裡面讓化學反應裝滿了，也就再裝不下一個妻子。」
道爾頓最偉大的貢獻是提出了科學的原子學說。原子概念雖然早就有人提出來，但只有當找到了大量定量實驗證據，並明確提出原子量概念的時候，原子才上升為科學的而不是猜想的組成萬物的微粒。道爾頓認為，一切元素都是由微小的，具有相同的原子量的不可分割的粒子（原子）所組成 .。這一科學的原子學說，為近代化學和原子物理學奠定了基礎。是科學史上一項劃時代的成就。道爾頓由於創立原子論及在生物學方面的卓越成就，英國政府於1826年將英國皇家學 會的第一枚金質獎章授 於了道爾頓。