19世纪化学的最重要的成就是道尔顿原子论的提出和确立。道尔顿生于英国坎伯兰，是一位纺织工人的儿子。由于家境贫穷，他只上了两年学就退学了。为了养家糊口，12岁的道尔顿就开始在教会学校教书，教会学校停办后又在一所中学教书。少年时代的教学生涯使他对科学研究产生了兴趣。他早期主要关注气象学，而且把对气象学的爱好保持了终生。即使在他成为一个著名的化学家之后，他仍然保持着记气象日记的习惯。据说他一生记了约20万次气象记录。道尔顿不是那种天资卓著的人，但他勤奋、刻苦、百折不挠，终于以原子论学说为现代化学奠基。
拉瓦锡已经给出了科学的元素概念，即通过化学反应所能分析出来的最基本的物质成分，也给出了化学反应方程式。后来的化学家在此基础上进一步发展了定量的化学分析，得出了化合过程的定比定律：一种化合物中构成元素的重量之比一定是整数之比。例如，含两种元素的化合物，它们的比例可能是3比2，但不可能是小数比。可是，这些经验定律缺乏更深层的理论基础。
1803年，道尔顿将希腊思辨的原子论改造成了定量的化学原子论。他提出了下述命题：第一，化学元素是由非常微小的、不可再分的物质粒子即原子组成；第二，原子是不可改变的；第三，化合物由分子组成，而分子是由几种原子化合而成，是化合物的最小粒子；第四，同一元素的所有原子均相同，不同元素的原子不同，主要表现为重量的不同；第五，只有以整数比例的元素的原子相结合时，才会发生化合；第六，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会创生或消失。这种新的原子论很好地解释了定比定律。1808年，道尔顿出版《化学哲学的新体系》，系统地阐述了他的化学原子论。
早在1801年，道尔顿就在气体研究中发现了所谓分压定律。定律说，在同样的温度下，混合气体所产生的压强等于各气体在单独占有整个混合气体体积时所产生的压强之和。有的科学史家认为，道尔顿提出原子论也是为了解释他自己发现的这个分压定律。
道尔顿的原子论提出之后，由于其高度的形象化和解释力，很快被化学家们接受。尽管道尔顿因此获得了很高的荣誉，但这位自学出身的科学家同法拉第一样极为谦逊，乐意接受来自各方面的批评。据说他是个色盲，他本人还据此写了一篇有关色盲的论文。由于他是第一个描述这一生理现象的人，现在人们有时还将色盲叫作道尔顿现象。1832年，牛津大学授予他博士学位时，国王打算隆重地召见他。可是，穿衣服时出了些问题。当时的博士礼服是红色的，而他虔诚信仰的教派禁止穿红色衣服。所幸的是他是个色盲，根本认不出红色，结果他穿着他自己看来是灰色的礼服去觐见了国王。
