我的座右铭是：午夜方眠，黎明即起。
——道尔顿
约翰·道尔顿于1766年出生在英格兰北方鹰田庄。由于家境贫寒他只有在11岁读过私塾，后来几乎是靠自学掌握了科学知识。他才智早熟，12岁就接替私塾的老师开始教学。他在15岁来到肯德尔城，担任那里一个初中的助理教员。
在肯德尔城，道尔顿自学了拉丁语、希腊语、法语、数学和“自然哲学”。
由于眼界的开阔，他希望找到一个博学的老师指点他。这时他认识了一个富有的教友派教徒——盲人哲学家豪夫。
在这位学者的辅导和鼓励下，他学到了很多外语和科学知识，并开始对自然界进行观察，搜集动、植物标本，特别是详细记录气候变化。
道尔顿经常带着他自制的温度计、气压计到各个地带去观察气象。五十多年中他每天坚持观测、记录气象数据，观测记录达20多万条。在当时气象学还是一门薄弱的科学，在这方面的进行研究的人很少。1793年道尔顿初步总结了他的观测结果，出版了《气象观测论文集》。这本著作对气象学的发展，起了一定的启蒙作用。此时道尔顿年仅27岁，由此这位初中助理教员引起了科学界的注意和重视。
由于这部论文集的出版以及豪夫的推荐，曼彻斯特城一所专科学校聘任道尔顿担任讲师。曼彻斯特是当时英国的纺织业中心，交通便利，文化也发达。道尔顿在这里接触到很多新知识，曼彻斯特这使他在科学上成长很快。他经常到公共图书馆借出各种书籍，阅读到深夜。他在一封给故乡亲友的信中提到他当时的学习情况：“我的座右铭是：午夜方眠，黎明即起。”
学校无意培养道尔顿只想借重他的名声，所以安排了很重的教学任务。由于没有充足的时间做研究，到了1799年，他毅然辞掉了这个职务。
辞职后，道尔顿听从了朋友的建议，租了几间房准备开办私人讲学。这样他建立了自己的实验室，一边可以学习研究，一边招收了几位学生。虽然收入比作讲师时少了很多，但在时间却充裕了很多。除了每星期四下午的娱乐休息，他的大部分时间都花在实验研究上。原子论的实验证明和他的名著《化学哲学新体系》就是在这里完成的。
在对气象持久、深入的观测中，道尔顿在思考：“含一种成分的气体，或者是含多种成分的气体，怎么会变成一个混合均匀的气体（均相）呢？”为此，他提出过很多解释，但一直感到不满意和缺乏根据。到了1803年，他根据气体的体积或压强随着温度的升高而增大这一事实，把气体间的排斥力解释为热的作用，并且描述了气体微粒——原子。在观察笔记中，道尔顿写到：“物体的最后原子乃是在气体状态时被热质围绕的质点或核心。”也就是说，气体原子有一个处于中心的核，周围被一层热质所笼罩（形成热氛），即中心的核与周围的热氛组成一个气体原子；由于热氛的存在，气体原子之间产生排斥力；当温度升高时，这种热氛就增多，排斥力增大，气体的体积或压强就随之增大。
道尔顿认为同种物质的原子，其形状、大小、质量都是相同的；不同物质的原子，其形状、大小、质量都是不同的。他写到：“我认为不同气体之质点的大小必然各异。因为一体积氮与一体积氧化合，则生成二体积的氧化氮，此二体积中氧化氮的原子总数，不能多于一体积氧或氮所含有的原子数。因此，氧化氮原子必较氧、氮原子大。”在这段话中隐含着化学反应中原子不能再分的观点。
至于混合气体的扩散以及压强问题，道尔顿认为同种物质的原子间相互排斥，不同物质的原子并不排斥。“A与B混合在一起时，A微粒之间相互排斥，但A微粒并不排斥B微粒。因此，施加在一个微粒上的压力，完全来自与它相同的微粒。”这就解释了气体分压定律——混合气的总压是每一种气体单独存在时各自分压的总和。同时也解释了存在于一个容器中的两种原子质量不同的气体为什么不会出现分层的问题。
亨利（1774—1836年）作为道尔顿的挚友在研究中给了道尔顿很大的帮助，他曾说过：“每一种气体对于另一种气体来说，等于是一种真空。”道尔顿用实验证明了它的正确性。同时这句话的证明也为道尔顿的气体分压定律建立了基础。对一些问题亨利经常有深刻而独到的想法，但他缺乏将它们系统起来并公之于众的勇气。1802年，在道尔顿的鼓励下，亨利在英国皇家学会详细阐明了气体溶解度与其分压的关系——一种气体在水中的溶解度（不发生化学反应）正比于这种气体的分压强。这条定律后来被称为“亨利定律”。受亨利的启发道尔顿在其后的研究中注意到，在相同的压强下不同气体的溶解度差别很大，于是他设想：“一系列气体的溶解度取决于这些粒子的重量。其中最轻的、最简单的必是最难溶解的。气体粒子的溶解度随其重量与复杂程度而增加。终极粒子（原子）本身的相对重量是我的研究课题。这是一个全新的课题。”这大概就是他格外强调相对原子质量（原子量）的最初想法。
只有赋予原子以相对质量（原子量）的意义，道尔顿的原子论才不同于以往哲学臆测的原子论而具有了现代科学定量实验的特征。
1803年9月，道尔顿利用掌握的一些数据分析、计算出了第一批原子量。1803年10月21日，在曼彻斯特的“文学和哲学学会”上，道尔顿第一次阐述了他关于原子论以及原子量计算的见解，并公布了他的第一张包含有21个数据的原子量表。在这份报告中道尔顿已经概括了科学原子论的以下三个要点：元素（单质）的最终粒子称为简单原子，它们极其微小，是看不见的，是既不能创造，也不能毁灭和不可再分割的。它们在一切化学反应中保持其本性不变。
同一种元素的原子，其形状、质量和各种性质都是相同的；不同元素的原子在形状、质量和各种性质上则各不相同。每一种元素以其原子的质量为最基本的特征。
不同元素的原子以简单整数比相结合，形成化学中的化合现象。化合物原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种元素原子质量的总和。同一化合物的复杂原子，其组成、形状、质量和性质必然相同。
1804年，化学家汤姆生（1773—1852年）听说了道尔顿关于原子论的阐述，他专门来拜访道尔顿。整整两天他们在一起热烈、详细地讨论了原子学说。
其后的几年里，汤姆生热情地支持和宣扬道尔顿的原子学说，使这一学说很快被广大化学界所熟悉。道尔顿也受到汤姆生的启发，将研究重点由物理角度转向了化学。他认识到倍比定律对原子论的证明具有重要意义，便重点研究了这一课题。
1799年，移居马德里的法国药剂师普罗斯（1754—1826年）提出了定组成定律——两种或两种以上的元素化合形成某种化合物时，其质量之比是一定的不由人力所增减。
当时法国化学权威贝托雷（1748—1822年）强烈反对这一定律，认为“一种物质可以与有相互亲和力的另一种物质以任意比例相化合”。贝托雷在研究化学反应时，更重视反应过程而非产物。例如他曾准确地指出：“某些化学反应是可逆的。在可逆反应中，反应物的数量会影响生成物的产量。”贝托雷尝试着做实验来反对定组成定律，但他有时将不同的生成物当成一种物质。
为了答复贝托雷，普罗斯写了多篇论文。他首先承认几种元素可以生成不只一种化合物，但这些化合物的种类不多，一般只是两种，而且每种化合物都有各自的组成；在这几种化合物间，化合比例的变动是“猛烈的”，而非逐步地“渐变”。他着重指出贝托雷所应用的实验产物，实际上是“混合物”而非“化合物”。通过这场科学辩论，普罗斯第一次清楚地把化合物与混合物的区别开——“混合物的各种成分可以用物理方法分离开，而化合物中的各种成分只能用化学方法来分解”。他指出溶液、玻璃、合金等物质都属于混合物。
经过几年的辩论，到了1808年，定组成定律被广泛接受。这使拉瓦锡开创的定量化学实验方法得到了巩固，而倍比定律的确立，也给原子论提供了直接的证明。
1803年，道尔顿分析出两种碳的氧化物（CO与CO2），测得两种气体中碳与氧的质量比分别是5.4∶7和5.4∶14。
1804年，道尔顿意识到原子论本身具有倍比定律的含义，或者说倍比定律是原子学说必然的推论。为了确证倍比定律，他开始了广泛的实验研究。他分析了沼气（甲烷）和油气（乙烯）的组成，测得其中碳与氢的质量比分别是4.3∶4和4.3∶2，由此可知与同样质量碳化合的氢的质量比为2∶1。类似的情况出现于其他成对的化合物中。这使道尔顿明确地提出了倍比定律——当两种元素化合生成两种或多种化合物时，若固定其中一种元素的质量，则另一种元素的质量互相成简单整数比。
1808年，《化学哲学新体系》（第一册）出版，这是道尔顿最重要的著作。在书中他全面阐述了原子学说及其实验根据，对1803年的原子量做了多处修正。为了表示各种原子他还设计出一套符号，用这些符号的组合来表示化合物中原子的排列。
关于倍比定律道尔顿解释说：“元素A与元素B可能形成两种化合物；在第一种化合物内，两个A原子与一个B原子化合，而在第二种化合物中，一个A原子与一个B原子化合。假如是这样，则在第一种化合物内与一定质量B化合的A的质量将是第二种化合物内A质量的两倍。实验证明确实如此。”
至此，道尔顿建立科学原子论“给整个科学创造一个中心”。科学家们开始用原子论解释实验现象，又将实验结果归结到原子论。从原子论出发，人们建立了一个又一个科学的理论，推动化学乃至整个自然科学向前发展。