Todas estas leyes fundamentales y sencillas eran aceptadas sin más, hasta que en el siglo XVIII comenzó a interesar no solo el comportamiento de la materia, sino el cómo estaba constituida la materia, retomándose las primitivas ideas sobre la constitución discreta de la materia a base de átomos.
A partir de los resultados de las leyes ponderales, y de una vasta investigación realizada por Dalton, en el año 1808, publicó su obra Un nuevo sistema de filosofía química, en la que exponía las bases en las que se sustentaba su teoría atómica (que tenía mucho que ver con las teorías de los antiguos pensadores griegos):
Dalton estableció las masas atómicas tomando como referencia el elemento más ligero, el hidrógeno, al que asignó el valor de 1 (en la imagen de la izquierda las masas atómicas son los números que están a la derecha del nombre del elemento).
En un principio esta teoría no fue aceptada por el conjunto de la comunidad científica, aunque finalmente fue aceptada debido a la coherencia de los resultados en la explicación de las leyes ponderales anteriormente comentadas.
En esta obra, Dalton propuso una simbología para los átomos de algunos elementos y para los compuestos formados por ellos. Para ello utilizó simbolos circulares combinado con otros símbolos o letras.
La teoría atómica de Dalton también daba una visión coherente a la clasificación de la materia de R. Boyle, clasificación en sustancias simples y compuestos.
Sin embargo, la teoría atómica de Dalton presentó algunos fallos que fueron corregidos con posterioridad gracias a los avances científicos y tecnológicos:
Se supo que no todos los átomos de un mismo elemento eran exactamente iguales. Tenían cosas en común (que veremos más adelante), pero podían no ser exactamente iguales (concepto de isótopo).
Dalton supuso una relación 1:1 para los compuestos sencillos, se manera que el agua resultaba ser HO en lugar de H2O, el amoniaco resultaba ser NH en lugar de NH3, etc.
El átomo resultó ser divisible, y ejemplo de ello son las reacciones de formación de iones y reacciones nucleares.
A pesar de los fallos o inconvenientes de la Teoría de Dalton, su trabajo tuvo gran relevancia, constituyendo el punto de partida para el desarrollo de las teorías atómicas modernas.