在古代，東方人和西方人都認為物質是由最基本的幾種"元素"構成的。在中國，這些"元素"是金、木、水、火、土。而在古希臘，則是土、氣、水、火。
到了近代，這些"元素"禁不住科學的考驗了。比如法國化學家拉瓦錫就證明，水可以通過氫在氧中燃燒而生成。後來，人們還發現用電可以把水分解為氫和氧，所以水不是"元素"。另一種所謂的"元素"--空氣，則被發現約1/5是氧氣，其餘的是不支持燃燒的其他氣體（主要是氮氣），所以空氣也不是"元素"。因此，科學家將"元素"定義為用化學方法不能再分解的物質。氫、氧、氮、氯、碳、硫、磷、鐵、銅、金、銀等才是構成物質的真正"元素"。
1789年，法國化學家拉瓦錫發表了33種化學元素的名單，隨後在歐洲出現了一股搜尋新元素的熱潮，被發現的元素很快達到了60多種。這些元素的性質不一，顯得雜亂無章。這種情況使人們感到迷茫：這個世界上到底有多少種元素？元素之間的關係是什麼？應該如何去尋找新的元素？
科學家進行了各式各樣的努力來尋找規律，但結果都不理想，直至俄國化學家門捷列夫找到了破解元素的"密碼"。當時門捷列夫面臨的最大困難是：已經發現的元素中，有的原子量測得不准，有的元素尚未被發現，要在這樣排列的隊伍中找出規律，難上加難。
門捷列夫沒有氣餒，他把當時已經知道的63種元素的原子量和主要性質分別寫在卡片上，反覆分組排列尋找規律。他發現，如果把元素按原子量從小到大排列，每過一段距離就會出現一個與前面元素性質類似的元素。這種規律重複出現，只是會被部分元素間隔開，若將含類似性質的元素平行排列，就形成了元素周期表。
1869年，門捷列夫發表第一張元素周期表（按順時針旋轉90°來看）：每一橫行是一個周期，元素性質從金屬逐漸變為非金屬;每一縱列是一個族，元素性質彼此相似，元素隨原子量上升性質呈周期性變化的規律由此顯現。
門捷列夫除了親自重新測定部分元素的原子量，還根據元素的性質判斷，比如糾正了鈹的原子量錯誤。他還在周期表中留出空位，認為這是尚未發現的元素應占據的位置，並預測了"類鋁""類矽"的性質，後來鎵、鍺的發現證實了他的預測。
後來，英國科學家莫斯萊發現原子核里的正電荷數目（原子序數）決定元素的化學性質，周期表實際反映元素隨原子序數上升時最外層電子數的周期性變化，這揭示了周期律背後的真正原因。門捷列夫根據不完全準確的原子量和有空位的序列發現元素周期律，體現出他敏銳的洞察力和智慧的想像力。