为了彻底解决这个问题，他开始走出实验室，到外边去考察和整理收集资料。他于1859年到德国海德尔堡进行科学深造。两年间，他集中精力研究了物理化学，这使他探索元素间内在联系的基础更加扎实了。1862年，通过对巴库油田进行考察，他对液体进行了深入研究，重测了一些元素的原子量，这使他对元素的特性有了更为深刻的了解。1867年，他借应邀参加在法国举行的世界工业展览俄罗斯陈列馆工作的机会，参观并考察了德国、法国、比利时的很多化工厂、实验室，这使他大开眼界，丰富了知识。这些实践活动，不但让他更深入地认识了自然，而且为他以后发现元素周期律奠定了坚实的基础。
然后，门捷列夫重返实验室，继续他的研究。他把重新测定过原子量的元素，依照原子量的大小按顺序排列起来。结果他发现，具有相似性质的元素的原子量并不相近；而许多性质不同的元素，它们的原子量反而十分相近。他紧紧抓住元素的原子量与性质之间的这些关系，不停地研究着。由于过度紧张，他的脑子经常昏眩。最终，他的心血没有白费，他在1869年2月19日终于发现了元素周期律。他的周期律说明：物质的性质，以及元素化合物的形式和性质，都与元素原子量的大小有周期性的依赖关系。在排列元素周期表的过程中，门捷列夫又大胆地指出，当时一些公认的原子量并不准确。如金的原子量当时公认为169.2，那按照这个元素表，它应该排在锇、铱、铂的前面，因为它们被公认的原子量分别是198.6、197.6、196.7，而门捷列夫坚定地认为金应排列在这三种元素之后，它们的原子量都应该重新测定。重测的结果是，锇为190.9、铱为193.1、铂为195.2，而金是197.2。这证实了门捷列夫的说法，也间接地证明了元素周期律的正确性。
现在，在门捷列夫的元素周期表中还留有很多空格，这些空格应该由尚未发现的新元素来填满。门捷列夫已经从理论上计算出了它们的最重要的性质，并断定它们介于邻近元素的性质之间。例如，在锌与砷之间的两个空格中，他预言这两个未知元素的性质分别为类铝和类硅。四年后，法国化学家布阿勃朗用光谱分析法从锌矿中发现了镓。实验证明，镓的性质非常像铝，也就是门捷列夫所说的类铝。镓的发现，具有跨时代的意义，它充分证明了元素周期律是一条正确的客观规律，这为以后元素的研究，新元素的探索，新物质、新材料的寻找，提供了一个可遵循的规律。元素周期律像重炮一样，在世界上空轰响了。
发现了元素周期律的门捷列夫，获得了全世界的赞誉，人们给了他很高的评价。恩格斯在《自然辩证法》一书中指出，“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业，这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等地位。”
因为时代的局限性，门捷列夫的元素周期律并不是完美无暇的。1894年，惰性气体的发现，是对周期律的一次考验和补充。1913年，英国物理学家莫塞莱在研究各种元素的伦琴射线波长与原子序数的关系后，证实了原子序数在数量上等于原子核所带的阳电荷，从而使人们明确了周期律的基础是原子序数而不是门捷列夫所说的原子量。在周期律指导下产生的原子结构学说，不但给予元素周期律以新的说明，而且进一步弄清了周期律的本质，进而把周期律这一自然法则放在了更为科学也更为严格的基础上。经过后人的不断完善和发展，元素周期律在人们认识自然、改造自然、征服自然的活动中，越来越发挥着巨大的作用。
除了发现周期律这个不朽的功绩外，门捷列夫还研究过气象学、气体定律、农业化学、石油工业、无烟火药、度量衡等。因为他总是夜以继日地努力工作着，所以在他研究过的这些领域中，都获得了不同程度的成绩。
这位享誉世界的杰出科学家，在1907年2月2日因心肌梗塞而与世长辞了。他留给全世界的宝贵财富，被人们永远的记录在了史册上。
阿伦尼乌斯
阿伦尼乌斯是瑞典着名的物理化学家，他于1859年2月19日生于乌普萨拉，1927年10月2日卒于斯德哥尔摩。17岁进入乌普萨拉大学，主修化学。1878年毕业后留校。后又去斯德哥尔摩瑞典皇家科学院学习测量溶液电导，准备博士论文。1884年回到乌普萨拉大学申请论文答辩，答辩后论文被评为4等(有保留地通过)，他无资格担任乌普萨拉大学讲师。当时，只有着名的化学家奥斯特瓦尔德支持他的观点，并亲自到乌普萨拉会见他。他因此才得以担任讲师。1885年他在奥斯特瓦尔德实验室工作约一年，1886-1887年在维尔茨堡继续研究溶液电导实验。1891年担任瑞典皇家工业学院讲师，4年后任教授，1895年任院长。1905年任斯德哥尔摩诺贝尔物理化学研究所所长。1901年当选为瑞典皇家科学院院士。1911年当选为英国皇家学会外国会员。
阿伦尼乌斯的最杰出的成就是在1887年提出了电离学说：电解质是溶于水中能形成导电溶液的物质；这些物质在水溶液中时，一部分分子离解成离子；溶液越稀，离解度就越大。这一学说是物理化学发展初期最重要的发现，对溶液性质的解释发挥过巨大的作用。它被人们称为物理和化学之间的一座桥梁。
阿伦尼乌斯的研究领域广泛。他于1889年提出活化分子和活化热概念，并导出了化学反应速率公式（阿伦尼乌斯方程)。他还研究过太阳系的成因、彗星的本性、北极光天体的温度、冰川的成因等，并最先对血清疗法的机理从化学上作出了解释。
1903年，阿伦尼乌斯因创立电离学说而荣获当年的诺贝尔化学奖。1902年还曾获英国皇家学会戴维奖章。他一生着述颇丰，主要有《宇宙物理学教程》(1903年)、《免疫化学》(1907年)、《溶液理论》(1912年)和《生物化学中的定量定律》(1915年)等。
能斯特
1864年6月25日，能斯特出生于布里斯(今属波兰)，他是德国着名的物理化学家。因为家庭原因，他曾就读于瑞士苏黎士大学，奥地利格拉维茨和维尔茨等大学，成绩均十分优异。1886年获维尔茨堡大学博士学位。1887年开始担任莱比锡大学奥斯特瓦尔德教授助手；1892年任格丁根大学副教授。1894年升任该校第一任物理化学教授。1905年任柏林大学物理化学主任教授兼第二化学研究所所长，1924年还兼任实验物理研究所长。1932年当选为英国皇家学会会员。1934年退休。他在菜比锡大学设立贫苦学生奖学金，经常和研究生们共度周末，以严谨的学术作风影响着他们。尤其值得一提的是，他曾以拒绝讲学等方式抗议希特勒法西斯暴政，并斥责“希特勒一伙是摧毁和阻碍人类文明的暴徒”。1941年11月18日，他死于巴特穆斯考。能斯特把一生心血都倾注在科学研究和培养学生身上。他死后，人们纷纷纪念他，把他的骨灰移葬到格丁根大学，使这位该校第一任物理化学教授在校园内安息。
能斯特的最大成就是发现了热力学第三定律：“绝对零度不能达到”，并运用这个定律解决了许多工业生产上的实际问题，如炼铁炉设计、金刚石人工制造和合成氨生产以及直接计算平衡常数等。他还用量子论研究低温下的固体比热(容)。用实验证明，在绝对零度下理想固体的比热(容)也是零。
他还与老师奥斯特瓦尔德共同研究溶液的沉淀和其平衡关系。并提出溶度积等重要概念，用以解释沉淀平衡等。同时，他还独立地研究金属和溶液界面的性质，推导出能斯特方程，首创用电化学方法来测定热力学函数值。提出光化学反应链式理论——光引发后以一个键一个键传递下去，直至链结束为止，并用它解释氯气和氢气在光催化下的合成氯化氢反应。发明新的白热灯代替旧的碳精灯，即能使光能和热能集中于一点的能斯特灯。
能斯特一生有着作14部，有关热力学、电化学、光化学等方面的论文157篇，代表作是《物理化学》。一生获得包括1920年诺贝尔化学奖在内的数十种奖励。
德拜
1884年3月24日，德拜出生于荷兰马斯特里赫特，1900年他进入德国亚琛工业大学学习，1905年获得电机工程师称号。1906年，索末菲应邀从亚琛到慕尼黑大学，他带德拜同往。1908年德拜在慕尼黑大学获博士学位。1911年去瑞士继爱因斯坦之后担任苏黎世大学理论物理教授。之后又曾在荷兰乌得勒支，德国格丁根、莱比锡等大学任理论物理和实验物理教授。1934年，纳粹上台后的第二年，他到柏林受命为威廉皇帝协会建立物理研究所，德拜把它取名为马克斯·普朗克物理研究所。当时德拜仍保留着荷兰国籍。第二次世界大战爆发后不久，纳粹当局要他加入德国国籍，他断然拒绝，并于1940年去美国，任康奈尔大学化学系主任直到1950年退休。在此期间，他于1946年加入美国籍。1966年11月2日在纽约的伊萨卡逝世。
德拜早期主要从事固体物理的研究工作。1912年他改进了爱因斯坦的固体比热容公式，得出在常温时服从杜隆珀替定律，在温度T0时和T3成正比的正确比热容公式。他在导出这个公式时，引进了德拜温度的概念。
1916年，他又和谢乐一起发展了劳厄用X射线研究晶体结构的方法，采用粉末状的晶体代替较难制备的大块晶体。粉末状晶体样品经X射线照射后在照相底片上可得到同心圆环的衍射图样(德拜谢乐环)，它可用来鉴定样品的成分，并可决定晶胞的大小。1926年德拜提出用顺磁盐绝热去磁致冷的方法，用这一方法可获得1K以下的低温。
另外，德拜在盐溶液极化分子、分子偶极矩和分子结构理论方面也取得了巨大的成就。他定量地研究了溶质与溶剂分子间的关系，解释了稠密溶液中的一些反常现象。他在分子极化方面的工作，使人们对分子中原子排列的认识有了质的飞跃。在溶液理论中他引入一个被称为德拜长度的特征长度，描述了一个正离子的电场所能影响到电子的最远距离。现在，德拜长度已成为溶液理论和等离子体物理中的一个基本物理量。
由于在X射线衍射和分子偶极矩理论方面作出的杰出贡献，德拜于1936年荣获了诺贝尔化学奖。
鲍林
1901年2月28日，鲍林出生于俄勒冈州波特兰市。父亲是药剂师并自己开设药房。1922年在俄勒冈州立学院毕业，获得化学工程理学学士学位。1925年在加州工学院获得这个学院历史上仅有的优秀哲学博士学位。此后在加利福尼亚等着名大学任教，从1948年起还担任牛津、哈佛、麻省理工学院等七、八所着名大学的特邀访问教授。从1973年开始任鲍林科学和医学研究所研究教授。
在化学方面，鲍林取得的最大成就是关于化学键本质的研究及其在物质结构方面的应用。他把量子力学应用于分子结构，把原子价理论扩展到金属和金属间化合物，并发展了原子核结构和核裂变过程本质的理论。近些年来，他又向生物学方面渗透，把化学应用于生物学和医学，如研究了蛋白质的结构，麻醉作用的分子基础等。共发表了400多篇论文和十几本专着，主要着作有：《化学键的本质》《线光谱的结构》《普通化学》《大学化学》等。由于他在化学键理论研究和应用研究方面的卓越贡献，荣获1954年诺贝尔化学奖。此外，还获得了国内外几十种奖励和奖章。国内外有三十几所大学授予他荣誉博士学位，还是十几个国家的科学院荣誉院士。
另外，鲍林对社会问题也十分注视。他热爱和平，呼吁世界人民注意大气层核试验所释放的放射线危险。于1963年10月获得1962年诺贝尔和平奖，还接受了列宁国际和平奖等几种国际性的和平奖。他发表了大约100篇关于社会和政治问题(特别是关于和平问题)的文章。鲍林曾于1973年9月和1981年6月来中国进行访问和讲学，受到我国科学工作者的欢迎和敬佩。
鲍林说，他很少同情那些才华横溢但又不愿刻苦的人。他还说：“我并不认为我们完全理解自然的时刻会终将到来，但你总不能只拿出一个事实，就说我不了解自然。你必须断定这个事实是否与我们对自然界总的理解有关，而这就是我一直致力要做的。”