1803年9月6日道尔顿用别开生面的方式庆贺自己的生日——系统提出原子学说，其要点如下：1.元素是由非常微小，不可能再分的微粒即原子组成的。原子在化学变化中不能再分，并保持自己的独特性质。
2.同一元素所有原子的质量和性质完全相同，不同种元素原子质量和性质各不相同。原子的质量是每一种元素基本特征之一。
3.不同元素化合时，原子以简单整数比结合。化合物的原子叫复杂原子，复杂原子的质量等于它的组分原子质量的和。
正当道尔顿的原子说风行全球、众口皆碑之际，法国化学家盖·吕萨克竟意外地给原子论出了一道难题，顿时使原子论陷于困境。盖·吕萨克长期从事气体分析工作，在偶然的一次实验中，他发现用2体积氢气跟1体积氧气作用，得到的水蒸气不是3体积而是2体积。开始他还以为自己实验做错了。他反复验证结果仍是如此。接着，他又测定一系列气体反应的体积比，结果都十分意外：
100体积CO＋50体积O2=100体积CO2
100体积N2＋300体积H2=200体积NH3
于是，盖·吕萨克在1809年发表著名论文《论气体物质彼此化合》中提出一条定律：当气体相互化合时，各气体的体积成简单的整数比。
盖·吕萨克的这一定律给道尔顿的原子论无情打击。
由此可见，原子在这个化学反应中必须一分为二。这是违背道尔顿的原子论的。因此，当这个推论传到道尔顿那里时，道尔顿竟大发雷霆：“原子怎可分裂呢？”为了解决这一难题，意大利化学家阿伏加德罗提出分子论。1811年，阿伏加德罗详细研究道尔顿原子论和盖·吕萨克的气体反应定律后提出分子学说。他首先肯定原子论和气体反应定律都是正确的，关键是原子论忽略了一个重要事实，那就是分子的存在。于是他提出分子假说如下：1.元素的最小单元是原子，但气体的最小单元并非原子，而是由几个原子组成的分子。也就是说，气体由分子组成，而分子由原子构成。例如，氧气、氢气都是由双原子分子组成的。气态化合物则是由分子组成，而化学物的分子是由不同原子构成的。例如，氨气由氨分子组成，而氨分子由3个氢原子和1个氮原子构成。
2.在同温同压下，同体积的任何气体含有相同数目的分子。有了这两条分子假说，道尔顿原子论和盖·吕萨克的气体反应体积定律就得到圆满解释。
这就使气体反应定律和原子论完全一致了。
按理阿伏加德罗为道尔顿原子论释疑应受到人们欢迎才对，可是这竟遭到大多数化学家包括道尔顿本人在内的反对，使阿伏加德罗的分子论被埋没达50年之久。
直到1858年，阿伏加德罗死后3年，他的学生意大利年轻化学家康尼查罗（1826－1910年）在德国卡尔斯鲁厄召开的国际化学家代表会议上散发《化学哲学教程概要》的论文，把阿伏加德罗的分子学说用通俗语言阐明，才得到许多化学家赞同。不久康尼查罗又用分子学说原理测定许多物质分子量用实验事实证明分子的存在，至此才使原子学说和分子学说统一成原子－分子学说。
1.一切物质都是由分子构成的，分子是保持物质化学性质的最小微粒。
2.分子不能用物理方法分割，但是用化学方法能使它分解。分子由原子构成，原子是用化学方法不能分割的微粒。
3.原子和分子都在不断运动。原子和分子的种类不同，它们的大小、质量和性质也各不相同。
化学家们在通力合作下，几乎经历半个世纪的努力，化学界才确认原子分子学说，它为近代化学的发展提供扎实的理论基础，也是化学发展史上的又一里程碑。