近代科学诞生以来，科学家通过实验，发现自然界的万物是由许多种化学元素组成的。这时，人们普遍关心的问题有两个，一是还有多少种元素有待人们去发现？二是已探知的元素与元素之间有无内在联系？化学家们围绕着这两个问题，展开了深入地研究。从1829年德国化学家德贝莱纳将元素按照“三素组”分类开始，经过大约40年的探索，1869年俄国著名化学家门捷列夫，发表了关于元素周期律的图表。从此，人类终于揭开了元素之间内在联系的奥秘。
1834年2月7日，伊万诺维奇·门捷列夫诞生于西伯利亚的托波尔斯克。父亲是中学校长，16岁时，进入彼得堡师范学院自然科学教育系学习。1859年，门捷列夫去德国深造，集中精力研究物理化学。1861年回国后，任彼得堡大学教授。
在编写无机化学讲义时，门捷列夫发现这门学科的俄语教材都已陈旧，外文教科文也不适应新的教学要求，迫切需要有一本新的、能够反映当代化学发展水平的无机化学教科书。
这种想法激励着年轻的门捷列夫。当门捷列夫编写有关化学元素及其化合物性质的章节时，他遇到了难题。按照什么次序排列它们的位置呢？当时化学界发现的化学元素已达63种。为了寻找元素的科学分类方法，他不得不研究有关元素之间的内在联系。
在18世纪后半期，就有人开始对元素进行分类。1789年，拉瓦锡在他的著作《化学基础纲要》一书中，便将33种元素分为“金属”、“非金属”、“气体”和“土质”四大类。19世纪以来，分析化学的发展和“原子论”的提出，使原子量的测定研究日益活跃。化学家逐渐认识到原子量是元素的重要特征之一。1829年，德国化学家德贝莱纳对元素的原子量和化学性质之间的关系进行深入研究。他在54种元素中，发现了几个性质类似的元素组，每组包括三种元素。人们将它称为“三素组”。但是，他没有把所有元素当作一个整体来研究，这显然是一个很大的缺欠。
19世纪50年代，化学家们把元素的原子量和它们的性质联系起来，加以归类，这项试探性的工作得到了迅速的发展。到了19世纪60年代，对于原子量有了统一的理论认识。这对寻找化学元素之间内在联系提供了有利的条件。1865年，英国化学家纽兰兹，把当时发现的元素，按原子量大小为顺序进行排列。他惊奇地发现：从任意一个元素算起，每到第8个元素就和第1个元素的性质相近，他把这个规律称为“八音律”。
门捷列夫抓住了化学家研究元素分类的历史脉络，日以继夜地分析思考，简直着了迷。夜深人静，彼得堡大学主楼左侧的门捷列夫的居室仍然亮着灯光。仆人为了安全起见，推开了门捷列夫书房的门。
“安东！”门捷列夫站起来对仆人说，“到实验室去找几张厚纸，把筐也一起拿来。”
安东是门捷列夫教授家的忠实仆人。他走出房门，莫名其妙地耸耸肩膀，很快就拿来一卷厚纸。
“帮我把它剪开。”
门捷列夫一边吩咐仆人，一边亲自动手在厚纸上画出格子。
“所有的卡片都要像这个格子一样大小。开始剪吧，我要在上面写字。”
门捷列夫不知疲倦地工作着。他在每一张卡片上都写上了元素名称、原子量、化合物的化学式和主要性质。筐里逐渐装满了卡片。门捷列夫把它们分成几类，然后摆放在一个宽大的实验台上。有时为了把全部60多张元素卡片看清楚，门捷列夫不得不高高地站在一个凳子上。
翌日，门捷列夫把元素卡片进行系统地整理。他像德贝莱纳那样也把卡片分成三组，按元素的原子量大小排列……
门捷列夫的家人，看到一向珍惜时间的教授突然热衷于“纸牌”感到奇怪。门捷列夫旁若无人，每天手拿元素卡片像玩纸牌那样，收起、摆开，再收起、再摆开，皱着眉头地玩“牌”……
冬去春来。门捷列夫没有在杂乱无章的元素卡片中找到内在的规律。他很焦躁，但决不灰心。有一天，他又坐到桌前摆弄起“纸牌”来了。摆着，摆着，门捷列夫像触电似的站了起来。在他面前出现了完全没有料到的现象！每一行元素的性质都是按照原子量的增大而从上到下地逐渐变化着。
门捷列夫激动得双手不断颤抖着。“这就是说，元素的性质与它们的原子量呈周期性的关系。”门捷列夫兴奋地在室内踱着步子，然后，迅速地抓起记事簿在上面写道：“根据元素的原子量及其化学性质的近似性试排元素表。”
1869年2月底，门捷列夫终于在化学元素符号的排列中，发现了元素具有周期性变化的规律。同年，德国化学家迈尔根据元素的物理性质及其他性质，也制出了一个元素周期表。到了1869年底，门捷列夫已经积累了关于元素化学组成和性质的足够材料。
1875年秋季的一天，门捷列夫翻阅法国科学院院报时，目光突然落到布瓦博德朗发现的一种新元素镓的报道上面。毫无疑问，新发现的元素的性质和门捷列夫预言的类铝的性质很相似。不过，法国科学家测定的镓的比重是47，而门捷列夫计算出的却是5.9。门捷列夫把这一切告诉了布瓦博德朗。
布瓦博德朗糊涂了。一个陌生的俄国人手中没有镓的样品，怎么知道它的比重是5.9而不是4.7呢？以科学家特有的严谨作风，布瓦博德朗再次进行了测量，测量结果使他折服了。门捷列夫是对的！经过精细、准确地测量，得出镓的比重是5.94。布瓦博德朗读过门捷列夫的论文之后，才完全理解自己发现的意义：他用实验方法证实了门捷列夫的预言，从而证实了门捷列夫元素周期律的正确性。
镓元素的发现，在科学界引起了强烈的震动。元素周期律一夜之间闻名天下。欧洲数十个实验室都投入了紧张地工作，目的是寻找门捷列夫预言的尚未被发现的元素，这是一场无声的科学竞赛。
那么比赛结果怎样呢？最先冲过终点的是瑞典化学家尼尔森。他于1879年发现了类硼——钪，它与预言的类硼完全符合。这又是一个重大的胜利。门捷列夫的天才成就得到了全世界的公认。
1886年，德国化学家文克勒发现了类硅——锗，它又是门捷列夫预言的元素。
元素周期律一举连中三元，使人类认识到化学元素性质发生变化是由量变到质变的过程，把原来认为各种元素之间彼此孤立、互不相关的观点彻底打破了，使化学研究从只限于对无数个别的零星事实作无规律的罗列中摆脱了出来，从而奠定了现代化学的基础。
镓、锗元素的发现及其化学性质的研究，推动了人类社会的进步。20世纪之后，镓、锗成为重要的半导体和集成电路的基本材料，并充当了电子信息时代的主导物质材料，这是门捷列夫当时所无法预见的。