C'est en étudiant la combinaison des éléments que John Dalton fit ressurgir l'hypothèse atomique. Il remarqua que pour former de l'eau, il faut toujours partir de proportions bien définies de gaz hydrogène et oxygène: deux volumes pour un, respectivement. Cette propriété se répète pour tous les éléments: ils se combinent en proportions entières. Les proportions changent bien sûr, mais restent toujours des nombres entiers (par exemple: 1 volume d'azote (N₂) plus 3 volumes d'hydrogène (H₂) forment deux volumes d'ammoniac (NH₃)).
Dalton a montré que cette propriété s'explique si on admet que la matière est formée de grains de très petite taille, appelés atomes, chaque élément ayant son type d'atome, et qui se combinent en s'accrochant les uns aux autres. Ainsi, deux atomes d'hydrogène se lient avec un atome d'oxygène pour former une molécule d'eau H₂O.