在1869年以前，尽管人们已发现了很多的化学元素，但对这些元素之间的关系并不清楚，许多化学家对元素进行了分类研究，但都没有得到正确的分类原则，各种元素性质的变化规律仍然是个谜。1869年，任彼得堡大学教授的门捷列夫（1834—1907年），对元素进行分类研究，终于发现了元素性质与原子量之间的周期性变化规律，他将已经发现的63种化学元素排列成一张元素周期表，竖行表示族，横列表示周期元素是谁发现，并且明确指出：“元素（以及由元素组成的单质或化合物）的性质，周期性地随着它们的原子量而改变。”门捷列夫还大胆修正了一些元素的原子量，改排了一些元素的位置，并在表中留下许多空位，指出这些空位上还有一些没有发现的元素，同时预言了它们的性质。1869年他正式发表了化学元素周期律。

年，法国化学家布瓦博德朗发现了“镓”。门捷列夫立即给布瓦博德朗写信，指出“镓”就是他在1869年曾预言过的“类铅”，并说明“镓”的比重不是4.07，而应该在5.9—6.0之间。这使布瓦博德朗感到奇怪，难道自己不如没有看到镓的门捷列夫？通过精确测定，证明门捷列夫是正确的，这是元素周期律首次告捷。此后，门捷列夫预言的元素陆陆续续被找到，这使得门捷列夫和元素周期律名声大振，传遍了全世界。一次记者问门捷列夫：“您是怎样想到周期律的？”他回答：“我考虑了20年。”记者又问题：“您是否承认自己是位天才？”他不加思索地回答：“终身努力，便成天才！”

元素周期律的发现，揭示了物质世界的秘密，使化学家有了十分强大的武器，并对后来光学、原子物理学的发展有指导意义。直到现在，元素周期律仍然是人们寻找新元素，研究元素性质的基本规律。

门捷列夫工作到最后一息。1907年1月20日，他坐在书桌前，手握着笔，面前还摆着未写完的著作，与世长辞。出殡那天，彼得堡大街小巷到处点起蒙着黑纱的灯笼元素是谁发现，十几位青年学生拾着一张巨大的化学元素周期表，走到送殡队伍的前头，数万群众自动参加这支队伍，为这位伟大的化学家送葬。