素周期律的发现，是众多科学家心血的结晶。从德贝莱纳的“三元素组”，迈尔的“六元素表”到纽兰兹的“八音律”，他们在一步步地向真理逼近，最终在科学资料的积累和科学研究发展的基础上，俄国化学家门捷列夫（1834－1907）发现了元素周期律。

门捷列夫首先对前人的工作进行认真的审视，批判地继承了前人关于元素分类工作的成果，对所掌握的有关元素的资料进行核对、验证和比较。在深入研究元素的相对原子质量与化合价时，他发现各种元素的相对原子质量可以相差很大，而不同元素的化合价变动范围则较小。而且有许多元素具有相同的化合价。在比较同价元素的性质时，门捷列夫发现它们的性质非常相似，而且一价元素都是典型的金属，七价元素都是典型的非金属，四价元素的性质则介于金属与非金属之间。

为了便于比较和寻找规律，他用一些厚纸剪成像扑克牌一样的卡片，然后把各种化学元素的名称、相对原子质量、化合价、氧化物及各种物理性质与化学性质分别写在卡片上，一种元素一张卡片，共写了63张卡片，然后按相对原子质量递增的顺序，把当时的63种元素排成几行，再把各行中性质相似的元素上下对齐。这样，所有化学元素的内在联系终于表现出来了，每一纵行化学元素的性质都相近；每一横行化学元素的性质都从金属变为非金属。整个元素系列呈现出周期性变化。门捷列夫坚信，他已经发现了自然界中最伟大的规律，他对自己发现的规律深信不疑。当时有些相对原子质量和它们的性质不符，他就大胆地修订了相对原子质量。如当时测定的铍相对原子质量为14.1，只能排在氮和氧之间。他考虑到铍的相对原子质量是根据一个铍原子和三个氯原子相结合而得becl3的量测定的。但铍的性质与三价元素硼和铝的性质有许多不同，倒是与二价的镁、钙、钡有许多共同之处，因此铍应是二价的。按becl2计算，它的相对原子质量应为9.4，于是门捷列夫大胆地修正了当时公认的铍的相对原子质量，这样就把铍排在锂和硼之间，得出下列序列：

li　 be　　b　　c　 n　 o　 f

na　 mg　 al　 si　 p　 s　 cl

他就是这样，在必要的地方大胆地修正原来的相对原子质量，在个别地方即使相对原子质量的数据是可靠的，他也并不简单地安全按照相对原子质量的大小顺序排列，而是结合元素的性质全面地分析处理。例如把碲（127.6）排在碘（126.9）之前，使碲位于性质和它极为相似的硒同一列，使碘位于性质和它极类似的溴同一列。

另外，他还不因当时表中缺少某个元素破坏整个自然序列，而是留下空位，预言了这些未知元素的存在。他预言了“类铝”、“类硼”和“类硅”（ga、se、ge）三种未发现的化学元素的存在和性质。而且他的预言与以后考察的结果取得了惊人的一致，正因为这一成就，门捷列夫的伟大发现才为世人所公认。

1875年，法国化学家布瓦博德朗在分析闪锌矿时，发现了新元素，他命其名为镓（ga），并把他所测得的关于镓的重要性质简要地发表在《巴黎科学院院报》上。可是不久他收到门捷列夫的来信，指出关于镓的密度是不正确的，不应该是4.7×103kg/m3，而应该是5.9~6.0×103kg/m3，当时布瓦博德朗很疑惑，他明知自己是独一无二在手中握有镓的人，而门捷列夫怎么知道这种元素的密度？于是布氏重新仔细测定了它的密度，结果确为5.94×103kg/m3，原来门捷列夫根据报道认定布氏发现的镓就是他预言的“类铝”。化学史上第一次一个预言的新元素发现了，这件事引起普遍的重视，门捷列夫的论文迅速被许多国家翻译，使全世界的科学家都知道了周期律的内容和意义。

1880年，瑞典化学家尼尔森发现了钪（sc），它是门捷列夫预言的“类硼”。

1885年，德国化学家文克勒发现了锗（ge）。文克勒的发现一经发表，全世界的化学家都立刻将它和十五年前门捷列夫的预言作了对比，它正是预言过的“类硅”。元素周期律这一理论惊人的预言性和强大的逻辑力量，使许多化学家为之叹服。但门捷列夫的元素周期律还不够完善，随着人们对原子结构的逐步认识，元素周期律又有新的发展。

门捷列夫的元素周期律使人们认识的化学元素形成一个严整的自然体系，和原子—分子论一样，又一次促使化学变成一门系统的科学。