世界上千差万别的物体是由什么构成的呢？古代中外哲学家对这个问题曾提出过不少见解。我国春秋战国时期，盛行“阴阳五行”学说，认为宇宙间的一切物质，都是由金、木、水、火、土（五行）通过阴、阳这两种力，彼此间以不同比例相互结合而构成。生活在2500多年前的古希腊哲人也提出了相似的看法：泰勒斯认为：“万物是由水构成的”；赫拉克利特提出“万物是火构成的”；毕达哥拉斯主张“数构成了万物”；而色诺芬尼干脆说：“神创造了万物”。
众多的解释中，最接近近代物质结构理论的是庄子和德谟克利特这两位中西哲人的见解。我国春秋人氏庄子说：“一尺之棰，日取其中，万世不竭。”他用具体生动的例子说明了他对“物质可以无限分割”的看法。古希腊人德莫克利特认为：“万物皆由不可再分割的粒子组成，它们在虚空中运动、发展和变化。”源于古希腊语的“原子”，其含意就是不可再分割之物。
真正使物质构成学说纳入科学轨道的是18世纪英国的一位自学成才的化学家——道尔顿。道尔顿（1766—1844）是英国乡村的一名小学教师。21岁时便开始了对气象、大气成分和性质的研究。1802年提出了混合气体的分压定律（总压力等于各种气体压力之和）。他在对气体和混合气体进行深入研究的过程中，发现了当时化学研究存在着严重缺陷，即缺少一种真正可靠、科学的物质结构理论。于是，他决定接过前人提出过的原子论问题，继续研究下去。
道尔顿的同时代人德国人特里希（1762—1807）于1791年在酸碱反应中发现了当量定律、法国药剂师普罗斯（1754—1826）1799年测定并提出了定比定律、英国化学家戴维（1778—1829）于1800年发现了倍比定律，这些科学新发现都给了道尔顿以巨大的启发，使得道尔顿在对原子量的科学测定基础上建立科学的原子论有了科学的依据和科学的研究方法。经过了整整15年的艰辛劳动，通过无数次的实验，道尔顿于1808年正式发表了《化学哲学新体系》一书，在这部科学史的经典著作中，他向世人明确提出了一种科学的原子论，从此化学步入“原子时代”。
与建立在哲人的天才猜测和主观臆想之上的古老的原子论不同，古代原子论中的原子只是存在于思维中的抽象概念；道尔顿的原子论是在实验的基础上提出的，他的原子是经化学实验证实其存在的具体物质。
道尔顿原子论的基本内容是：（1）物质是由具有一定质量的原子构成的。（2）元素（波义耳的概念）由同一种类的不可再分的原子构成；化合物是由构成该化合物成分的元素的原子结合而成的。原子是化学作用中最小的单位，在化合和化分中保持原性质不变。（3）同种元素的原子，其形状、性质和重量相同；异种原子则不同。（4）化合中不同元素原子遵循定比定律和倍比定律按简单数目的比例相结合，例如，在一氧化碳和二氧化碳中，氧的比例是1：2.由此，道尔顿提出了一个鉴别不同元素原子的重要而又简便的方法，就是去鉴别它们的相对质量（即原子量）。如果知道一种元素有几个原子与另一种元素的一个原子化合，就可以测算出原子量来。道尔顿根据一些化学实验，编制出了包括14种元素在内的世界上第一张原子量表（以氢原子量为1，求得其它原子的重量）。他因此成为化学史上第一个提出原子量概念的人，也是第一个开始自觉测量原子量的人。尽管由于道尔顿本人主观臆断的错误计算方法，而没能测准原子量（比如，他认定，如果两种原子只形成一种化合物，其比例是1：1；若生成两种以上的化合物，比例则为1：2或2：1.所以，水分子是HO，而不是H2O；氨是HN，而不是HN3；他甚至把氧的原子量定为7，而不是16）。虽然他的计算是错误的，但却引来了大批化学家开始对原子量的测量工作，有力地推动了化学科学的发展。
有人形象地将近代化学发展的进程比之为一个阶梯：医药化学和冶金化学、元素说、燃烧理论、原子理论，直到元素周期表的发现。道尔顿的原子论在这阶梯中处于举足轻重的地位。它是对波义耳元素说的发展：波义耳的元素说只是一种对化学现象的抽象的理论描述，道尔顿的原子论则用数量关系给当时已知的化学反应现象一个科学的有真凭实据的解释；它又是对拉瓦锡的燃烧理论的补充：拉瓦锡发现氧气仅是揭开了一种最重要的化学现象——燃烧的秘密，而道尔顿的所能解释的不仅是燃烧，还包括其它一些化学反应。
道尔顿原子论的确立，使人类科学不断深入微观原子世界。沿着道尔顿指引的方向，卢瑟福发现了原子核和电子；查德威克发现了中子；汤川秀树又发现了介子。人们还开发出化学能、原子能和核聚变能，直至今日人类进入了名副其实的“原子时代”，这一切要归功于道尔顿原子论为近代化学奠定的理论基础。
道尔顿终身未婚，他将毕生献给了科学事业。在他的一生中共发表论文116篇；1822年当选为英国皇家学会会员；1832年被授予牛津大学的最高学位——法学博士学位。
崇高的荣誉激励着道尔顿不断为科学而奋斗。1844年7月26日晚，78岁高龄的道尔顿，又拖着因长期在实验室工作而不幸染上慢性汞中毒症的虚弱身躯，步履艰难地走进了实验室。翌日凌晨，人们发现，这位在人类科学史上占有不朽地位的伟大科学家伏在实验台前，永远安息了。8月的一个礼拜天，曼彻斯特市政厅决定为他举行市民公葬。40万人的城市有4万人去致哀吊唁。在市政府的大厅里，还为他建了一座白色大理石雕像。1962年，曼彻斯特市教委通过决议，将市立工学院更名为道尔顿工学院，以示对这位科学家的纪念。