VVào trước năm 1869 người ta đã phát hiện được khá nhiều nguyên tố hóa học, thế nhưng người ta vẫn chưa biết giữa các nguyên tố liệu có mối quan hệ gì với nhau không. Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu , tìm ra cách phân loại các nguyên tố nhưng chưa ai tìm được nguyên tắc phân loại đúng đắn nên quy luật thay đổi tính chất của các nguyên tố vẫn còn là một câu đố. Vào năm 1869, giáo sư trường đại học Peterbourg là Mendeleev (1834 – 1907) đã tiến hành nghiên cứu việc phân loại các nguyên tố. Cuối cùng Mendeleev đã phát hiện ra sự thay đổi tuần hoàn tính chất các nguyên tố theo khối lượng nguyên tử (thời đó người ta gọi là nguyên tử lượng) của chúng.

Ông sắp xếp 63 nguyên tố hóa học đã được phát hiện vào thời kỳ đó vào bảng tuần hoàn các nguyên tố.  Các nguyên tố ở trên cùng một cột là cùng họ, ở trên cùng một hàng là cùng chu kì.

Ông đã chỉ ra rằng “các nguyên tố (hay các hợp chất đo các nguyên tố tạo thành) có tính chất thay đổi tuần hoàn theo khối lượng nguyên tử của chúng”. Mendeleev đã mạnh dạn thay đổi khối lượng của một số nguyên tố, thay đổi vị trí của nhiều nguyên tố để nhiều ô trống trong bảng phân hạng và chỉ ra rằng ở chỗ các ô trống chính là các nguyên tố hóa học còn chưa được phát hiện đồng thời cũng đưa ra các dự đoán về tính chất của các nguyên tố đó. Vào năm 1869 Mendeleev chính thức công bố bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố.

Vào năm 1875 nhà hóa học Pháp Boibourdan đã phát hiện nguyên tố “gali”. Mendeleev lập tức viết thư cho Boibourdan và chỉ ra rằng “gali” chính là nguyên tố mà ông đã tiên đoán vào năm 1869 với tên gọi “eka nhôm” (giống nhôm) và cho rằng tỉ trọng của gali không phải là 4,07 mà phải ở trong khoảng 5,9- 6,0. Điều đó làm cho Boibourdan thấy hết sức lạ lùng và đặt câu hỏi liệu có phải ông chưa tìm được nguyên tố gali của Mendeleev. Qua các phép đo đạc cẩn thận, chứng tỏ Mendeleev đã đúng. Đó là sự kiện nổi bật đầu tiên của bảng tuần hoàn các nguyên tố. Sau đó người ta dần tìm thấy các nguyên tố mà Mendeleev đã tiên đoán. Các sự kiện đó làm cho bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleev nổi tiếng trên toàn thế giới. Có một kí giả đã hỏi Mendeleev : ” Ngài làm thế nào mà nghĩ ra được định luật tuần hoàn?”, ông trả lời: ” Tôi đã tìm tòi suốt 20 năm. Ký giả lại hỏi ” Thế ngài có tự cho mình là một thiên tài không?”, ông không ngần ngại trả lời ngay: ” Suốt đời cố gắng sẽ trở nên thiên tài”.

.

Việc phát hiện định luật tuần hoàn đã khai phá được bí mật của thế giới vật chất, khiến các nhà hóa học có được một vũ khí mười phần mạnh mẽ, rất có ý nghĩa đối với sự phát triển của các ngành quang học vật lí học nguyên tử về sau này. Cho đến ngày nay, định luật tuần hoàn cũng chỉ đạo cho người ta tìm kiếm các nguyên tố mới, nghiên cứu quy luật cơ bản về tính chất của các nguyên tố.. 

Mendeleev đã liên tục làm việc đến phút cuối của đời mình. Ngày 20.1.1907, ông qua đời khi đang ngồi làm việc trên bàn viết, đang viết dở một tác phẩm. Vào ngày mai táng ông, trên đường từ Trường đại học Peterbourg đến nghĩa trang là một dãy đèn lồng màu đen, mấy chục thanh niên học sinh nâng cao một bảng tuần hoàn các nguyên tố kích thước rất lớn dẫn đầu đám tang. Có đến hàng vạn quần chúng tham gia đám tang này để tiễn đưa nhà hóa học vĩ đại.