在古代，东方人和西方人都认为物质是由最基本的几种"元素"构成的。在中国，这些"元素"是金、木、水、火、土。而在古希腊，则是土、气、水、火。
到了近代，这些"元素"禁不住科学的考验了。比如法国化学家拉瓦锡就证明，水可以通过氢在氧中燃烧而生成。后来，人们还发现用电可以把水分解为氢和氧，所以水不是"元素"。另一种所谓的"元素"——空气，则被发现约1/5是氧气，其余的是不支持燃烧的其他气体（主要是氮气），所以空气也不是"元素"。因此，科学家将"元素"定义为用化学方法不能再分解的物质。氢、氧、氮、氯、碳、硫、磷、铁、铜、金、银等才是构成物质的真正"元素"。
1789年，法国化学家拉瓦锡发表了33种化学元素的名单，随后在欧洲出现了一股搜寻新元素的热潮，被发现的元素很快达到了60多种。这些元素的性质不一，显得杂乱无章。这种情况使人们感到迷茫：这个世界上到底有多少种元素？元素之间的关系是什么？应该如何去寻找新的元素？
科学家进行了各式各样的努力来寻找规律，但结果都不理想，直至俄国化学家门捷列夫找到了破解元素的"密码"。当时门捷列夫面临的最大困难是：已经发现的元素中，有的原子量测得不准，有的元素尚未被发现，要在这样排列的队伍中找出规律，难上加难。
门捷列夫没有气馁，他把当时已经知道的63种元素的原子量和主要性质分别写在卡片上，反复分组排列寻找规律。他发现，如果把元素按原子量从小到大排列，每过一段距离就会出现一个与前面元素性质类似的元素。这种规律重复出现，只是会被部分元素间隔开，若将含类似性质的元素平行排列，就形成了元素周期表。
1869年，门捷列夫发表第一张元素周期表（按顺时针旋转90°来看）：每一横行是一个周期，元素性质从金属逐渐变为非金属；每一纵列是一个族，元素性质彼此相似，元素随原子量上升性质呈周期性变化的规律由此显现。
门捷列夫除了亲自重新测定部分元素的原子量，还根据元素的性质判断，比如纠正了铍的原子量错误。他还在周期表中留出空位，认为这是尚未发现的元素应占据的位置，并预测了"类铝""类硅"的性质，后来镓、锗的发现证实了他的预测。
后来，英国科学家莫斯莱发现原子核里的正电荷数目（原子序数）决定元素的化学性质，周期表实际反映元素随原子序数上升时最外层电子数的周期性变化，这揭示了周期律背后的真正原因。门捷列夫根据不完全准确的原子量和有空位的序列发现元素周期律，体现出他敏锐的洞察力和智慧的想象力。