波义尔做过一个有助于摆脱燃素说的燃烧试验，虽然他自己并未意识到。他和英国科学家胡克（1635—1703年）进行了燃烧试验，他们把木炭或硫磺放在一个器皿中，并把其中空气抽尽，尔后再将器皿加热，这些物质并不能燃烧。但当他们把木炭、硫磺与硝石混合，则即使在抽尽空气的条件下仍会燃烧。于是他们认为燃烧必须依赖空气的硝石中的某种共同成分。但他们并未继续深入下去。此后，很多化学家对与此类似的现象进行过研究，并做过一些解释，但均未超出燃素说的范围。例如，虽然人们分离出了氧和氢，而且英国科学家卡文迪许（1730—1810年）还发现了它们燃烧生成水，但卡文迪许仍坚持燃素说解释，即认为水是一种元素，氢=水＋燃素，氧=水－燃素，前者称为易燃空气，后者称为脱燃素空气。
直到1777年，法国科学家拉瓦锡（1743—1794年）对燃烧现象进行了更细致和严密的研究，发现：物体只能在纯粹空气（氧气＋热质）中燃烧，燃烧后重量增加，燃烧后增加的重量精确地等于空气中失去的氧的重量，从而认定氧是一种元素（水不是），而燃烧则是一种氧与其他物质的反应即氧化反应，燃素是不存在的，这引起了一场化学革命。确定了氧是一种“简单物质”（即以后的“单质”），进而认识到与氧反应的硫、碳、磷、氢、铜、银等也是简单物质，这向科学的元素论迈进了第一步，也为元素论和原子论的结合提供了基础，后者由英国科学家道尔顿（JohnDalton，1766—1844年）完成。拉瓦锡还区分了金属物质与非金属物质，认为简单的非金属物质被氧化后生成酸，而简单的金属物质则氧化为可以中和酸的盐基。这样，拉瓦锡成为近代化学元素说的奠定者。
拉瓦锡对元素的正确区分为化学的定量研究奠定了坚实的基础，在与拉瓦锡几乎同时代，酸碱当量定律已经出现，而在此之后，定组成定律由法国的普罗斯（1754—1826年）提出，倍比定律由英国科学家戴维（1778—1829年）及道尔顿各自提出，后两个定律与化学原子论的建立和发展直接相关。
道尔顿曾从事气象学研究，因而对气压、混合气体分压、气体扩散等现象有过细致的观察和分析，在此基础上，他发现了“道尔顿分压定律”：在一定的温度下，混合气体中每种组成部分的气体所产生的压力，同这个气体单独占有同一容器所产生的压力相同。经过各种尝试后，他发现用微粒说很容易解释此现象。他设想，每一种元素都由最小的不可分割的粒子构成。如果一种气体的粒子均匀分布在另一种气体粒子之间，这将使得这种粒子表现出来的行为，如同另一种物体不在容器中是一样的，这样分压定律就不难理解了。他把这种粒子称为原子。这与古代的原子论有本质上的区别。古代原子论认为，所有的原子都同质，只不过形状不同罢了。道尔顿则相反，认为不同元素的原子在本质上是完全不同的，而且他特别强调原子的重量，认为不同原子其重量是不同的。他假定，每种元素的原子，其重量是恒定不变的，而不同物质的原子的重量、形状、大小必不相同。同质原子互相排斥，但不同质原子之间并不互相排斥。他把化合物的分子称为“复杂原子”，并把某一简单原子与另一简单原子按不同比例化合生成的化合物称为一元或多元化合物。
根据原子论还可以圆满地解释化学反应中的物质守恒定律、定组成定律及倍比定律（当两种元素化合形成化合物时，二者参与反应的重量成简单的整数比）。由倍比定律，道尔顿进行了另一个重大研究：确定原子的相对重量（即原子量）。1803年他制定出了第一张原子相对重量表。把最轻的原子氢的相对重量定为1。
尚不完善的道尔顿原子论不能很好地解释气体反应现象。法国科学家盖·吕萨克（1778—1850年）根据气体体积在化合反应前后的简单比例关系，认为在同温同压下，相同体积的不同种气体所含的原子数目相同。由于一体积的氧与两个体积的氢化合生成水，故认为“原子”中有一个氧和两个氢，这受到了道尔顿的极力反对，因为这违背了他的原子理论：由于一体积的氧与一体积的氮反应生成二体积的氧化氮，根据盖·吕萨克假设，会导致有“半个氧原子与半个氮原子”的存在的结论。
这引起了意大利科学家阿佛伽德罗（1776—1856年）的注意，并发现只要稍加修改二者的理论，就可以把二者完美地结合起来。他认为在物质和原子之间还存在一个层次——分子，原子由吸引力组成单分子，并假定所有单质气体的分子都由偶数个原子组成，他没有说明为什么不可以考虑奇数原子组成单个分子。阿伏伽德罗大胆地修正了盖·吕萨克的假说“在同温同压下，相同体积的不同气体有相同的分子数目。”但是，他的“所有单质气体都是由偶数个原子组成”的结论过于武断了。
至此，原子分子学说已基本形成。这一学说认为：①物质是由分子组成的，分子是保留原物质性质的微粒。②分子是由原子组成，原子则是用化学方法不能再分割的最小粒子，它已失去了原物质的性质。例如，食盐（氯化钠）的分子是由钠原子和氯原子组成的，氯是有毒的，显然食盐的性质与氯和钠的性质截然不同；而完全无害的元素碳和氮，组成的化合物却可以是剧毒的气体氰（CN）化物。
这一学说揭示了微观粒子的组合方式，为人们打开了研究化学反应本质，进一步研究物质的微观结构打开了关键的一扇大门。
后来经过意大利科学家康尼查罗（1820—1910年）的梳理与论证（例如区分原子量与当量，对一些物质分子量的重新测定等），为人们所普遍接受。
以后的化学及相关学科的发展为原子分子论进一步完善提供了基础。热力学和气体分子运动论的发展既进一步确证了前面所说的气体分子一些性质和特征，又使人们不必为并不存在的“热元素”去归类，元素周期律的发现则加深了人们对原子的性质的理解，它甚至暗示了原子可能有某种结构。
20世纪前后，电子、X射线等的发现，使人们认识到还有比原子更深的层次，因而原子是有结构的。玻尔的原子模型、原子的电子层结构学说、化学键的电子理论、化学键的价键理论和分子轨道理论等等，从更微观的层次上解释了原子的结构和性质、原子何以形成分子、形成后又为什么表现出各种性质，这就从更深层的意义上支持和发展了原子、分子学说。
稀有气体化学的建立
自19世纪末以来，稀有气体元素不能生成热力学稳定化合物的结论给科学家人为地划定了一个禁区，致使绝大多数化学家不愿再涉猎这一被认为是荒凉贫瘠的不毛之地，关于稀有气体化学性质的研究被忽略了。尽管如此，仍有少数化学家试图合成稀有气体化合物。1932年，前苏联的阿因托波夫曾报道，他在液体空气冷却器内，用放电法使氪与氯、溴反应，制得了较氯易挥发的暗红色物质，并认为是氪的卤化物。但当有人采用他的方法重复实验时却未获成功。阿因托波夫就此否定了自己的报道，认为所谓氪的卤化物实际上是氧化氮和卤化氢，并非氪的卤化物。1933年，美国著名化学家鲍林通过对离子半径的计算，曾预言可以制得六氟化氙（XeF6）、六氟化氪（KrF6）、氙酸及其盐。扬斯特受阿因托波夫的第一个报道和鲍林预言的启发，用紫外线照射和放电法试图合成氟化氙和氯化氙，均未成功。他在放电法合成氟化氙的实验中将氟和氙按一定比例混合后，在铜电极间施以30000伏的电压，进行火花放电，但未能检验出氟化氙的生成。扬斯特由于对传统观念心有余悸，没有坚持继续进行实验，使一个极有希望的方法半途而废。一系列的失败，致使在以后的30多年中很少有人再涉足这一领域。令人遗憾的是，到了1961年，鲍林也否定了自己原来的预言，认为“氙在化学上是完全不反应的，它无论如何都不能生成通常含有共价键或离子键化合物的能力”。
历史的发展颇具戏剧性，就在鲍林否定其预言的第二年，第一个稀有气体化合物——六氟合铂酸氙（XePtF6）竟奇迹般地出现了，并以它独特的经历和风姿震惊了整个化学界，标志着稀有气体化学的建立，开创了稀有气体化学研究的崭新领域。
在加拿大工作的英国年轻化学家巴特列特一直从事无机氟化学的研究。自1960年以来，文献上报道了数种新的铂族金属氟化物，它们都是强氧化剂，其中高价铂的氟化物六氟化铂（PtF6）的氧化性甚至比氟还要强。巴特列特首先用PtF6与等摩尔O2在室温条件下混合反应，得到了一种深红色固体，经X射线衍射分析和其他实验确认此化合物的化学式为O2PtF6，其反应方程式为：
O2＋PtF6→O2PtF6
这是人类第一次制得O2+的盐，证明PtF6是能够氧化氧分子的强氧化剂。巴特列特头脑机敏，善于联想类比和推理。他考虑到O2的第一电离能是1175．7千焦／摩尔，氙的第一电离能是1175．5千焦／摩尔，比氧分子的第一电离能还略低，既然O2可以被PtF6氧化，那么氙也应能被PtF6氧化。他同时还计算了晶格能，若生成XePtF6，其晶格能只比O2PtF6小41．84千焦／摩尔。这说明XePtF6一旦生成，也应能稳定存在。于是巴特列特根据以上推论，仿照合成O2PtF6的方法，将PtF6的蒸气与等摩尔的氙混合，在室温下竟然轻而易举地得到了一种橙黄色固体XePtF6：
Xe＋PtF6→XePtF6
该化合物在室温下稳定，其蒸气压很低。它不溶于非极性溶剂四氯化碳，这说明它可能是离子型化合物。它在真空中加热可以升华，遇水则迅速水解，并逸出气体：
2XePtF6＋6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2＋12HF
这样，具有历史意义的第一个含有化学键的“惰性”气体化合物诞生了，从而很好地证明了巴特列特的正确设想。
1962年6月，巴特列特在英国ProccedingsoftheChemicalSociety杂志上发表了一篇重要短文，正式向化学界公布了自己的实验报告，一下震动了整个化学界。持续70年之久的关于稀有气体在化学上完全惰性的传统说法，首先从实践上被推翻了。化学家们开始改变了原来的观念，摘掉了冠以稀有气体头上名不副实的“惰性”的帽子，拆除了人为的樊篱，很快形成了一个合成和研究新的稀有气体化合物的热潮，开辟了一个稀有气体化学的新天地。
认识上的障碍一旦拆除，更多的稀有气体化合物很快被陆续合成出来。就在同年8月，柯拉森在加热加压的情况下，以1∶5体积比混合氙与氟时，直接得到了XeF4，年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功，更加激发了化学家合成稀有气体化合物的热情。在此后不长的时间内，人们相继又合成了一系列不同价态的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸盐等，并对其物理化学性质、分子结构和化学键本质进行了广泛的研究和探讨，从而大大丰富和拓宽了稀有气体化学的研究领域。到1963年初，关于氪和氡的一些化合物也陆续被合成出来了。至今，人们已经合成出了数以百计的稀有气体化合物，但却仅限于原子序数较大的氪、氙、氡，至于原子序数较小的氦、氖、氩，目前仍未制得它们的化合物，但有人已从理论上预测了合成这些化合物的可能性。
1963年，美国科学家皮门陶等人根据HeF2的电子排布与稳定的HF-2离子相似这一点，提出了利用核反应制备HeF2的3种设想：（1）制取TF-2，再利用氚〔3H（T）〕的β衰变合成HeF2：TF-2→HeF2＋β；（2）用热中子辐射LiF，使其发生核反应：63Li+10n→42He+31T。生成的氦核与母体晶格中的F-结合，生成HeF2；（3）直接用α粒子轰击固态氟而产生HeF2。但毛姆等人则认为，HeF2和HF-2的电子排布虽然相似，但HF-2可以看成是一个H+跟两个F原子作用成键，H+的电离能仅为22．44千焦／摩尔，而He的电离能却高达801．5千焦／摩尔，因此是否存在HeF2，在理论上是值得怀疑的，氦能否形成化合物，至今仍是个不解之谜。
稀有气体化学的建立是20世纪60年代的一件大事，具有广泛而深远的意义。稀有气体化合物的出现，打破了稀有气体完全惰性或不能形成化合物的传统观念，为元素化学开辟了一个崭新的研究领域。化学家们通过实践发明了许多新的合成方法，制备了多种具有极高氧化性的稀有气体化合物，这些化合物由于其独特的化学性质，已开始在化工生产和科学研究中得到应用，并且展示出了可喜的应用前景。稀有气体的氟化物已经开始用作多种化工过程中的氟化剂；在原子反应堆中，XeF4可用作中子减速剂和用于氙、氪的分离；在核燃料工业中用于铀、钚、镎的分离和提纯；氡的氟化物在辐射监测和大气净化方面也已开始应用；由于氙的化合物具有很强的氧化性，而且在反应后自身被还原成气体氙逸出，不给体系增加任何杂质，所以是一种优良的分析试剂；又由于氙的化合物具有奇特的光、电和磁学性质，则可用来制造特殊的光学玻璃、激光材料；XeO3对震动很敏感，爆炸后不留任何碎片或腐蚀性气体，可用作微型炸药和高能燃料；在金属及合金的精炼方面稀有气体也具有实际的应用前景。
元素符号和分子式的确定
当今化学上用的元素符号和由它写成的分子式，能定性说明是什么物质，又能定量地表示物质的组成。谁曾想到它们的确立曾注入几代化学家的心血。
远在炼金术时期，那些炼金和炼丹术士们为了便于记忆和保密等原因，曾用一些图形来表示物质及其组成。例如，≈表示水、凸表示硼砂、□表示肥皂等。这种象形符号用起来极不方便，表示一个化学反应要比画一幅图画还难。
在1787年，科学家海森弗拉兹和艾德特提出用几何图案表示物质的组成，他俩用四方形表示酸、三角形表示碱，在图形内加字母来表示某酸、某碱。
例如：□M表示盐酸、□A表示醋酸、表示苏打、表示氧化钙。
1789年，威廉希金斯改进海森弗拉兹和艾德特的表示法，增加了定量的概念。例如I65／8D表示水分子（I代表可燃空气氢，D代表脱氧燃素氧，数字65／8表示水中氢和氧的相对质量）。虽然这种表示法已有定量概念，但用起来很不方便，故未被化学界接受。