原子量不是原子的绝对质量。原子很小，不能用天平等仪器直接称出一个原子的质量。化学上一直采用了对比的方法，做时的思路是，如果一种化合物（或化合物的分子）中，含有A、B两种原子个数相同，分析后又知两种元素各占总值量的50％，去掉百分号则为50。两种原子的质量比就是50∶50，化简后则为1∶1。两个原子真实的质量比，当然不会这样简单，常是两个带小数的数值之比，在应用时不太方便。而且取任意两种原子的比值，如在另一化合物中，A与C的两个原子的质量比是3∶1，那么A的原子量在前物中是1，在后物中是3，不能固定下来，也是没有意义的。科学家开始就想到应该找一种元素的原子做标准，人为的先把它原子量固定为一个值，用它去跟所有其他原子相比，这就是原子量基准。其他元素原子量的数值，都是跟基准对比之下得出来的。
第一个提出原子量概念的人，是英国的化学家道尔顿，时间是1803年的10月18日，同时他还提出了根据他的思想，由事实测定而编制的原子量表。在这张表中，他把氢的原子量定为1.0，这就是他采用的原子量基准。在道尔顿的原子量表中，其他元素原子量，氧为5.5；氮为4.2；碳为4.3；硫为14.4；水为6.5……现在看来，这些数值除氢为1是正确的以外，其他都是错的，而且不应该有水的原子量（6.5）。
道尔顿的出发点是正确的，为什么结果又都是错的呢？
第一，道尔顿本人在那时，并没有弄清楚被他研究的化合物中，原子的实际个数之比是多少，而是主观武断定下来的。如他认为水中氢、氧原子数是1∶1。
第二，那时的实验设备粗糙，能用来对物质进行分析的方法又少又不精确。若按水中氢、氧原子数1∶1，氧的原子量就应是8，而他只测出5.5，误差实在太大了。
第三，道尔顿提出原子论之初，头脑里还没有分子的概念，认为一种元素的原子是简单原子，多种元素原子，以简单数目的比结合起来，就是复杂原子，所以出现了水的原子量、氨的原子量（他定为5.2），硫酸（他主观定为硫1、氧2）的原子量（25.4）等错误。
应该肯定，由道尔顿首先提出了测定原子量的历史任务，为其后原子量测定方法的改进，并导致发现元素周期律，迈出了第一步。
随后1806、1808和1810年，道尔顿又再三发表了新的原子量表，每一新表都比旧表增加了元素的数目，并对旧的原子量有所修改。毕竟时间较短，他的观点和做法并没有根本改变，新表中的错误仍然存在。
在道尔顿的启发和影响下，很快就有一些科学家去从事测定原子量的工作，其时，取得较大成就的，是瑞典的化学家贝采里乌斯。
贝采里乌斯年轻时学医，接着在斯德哥尔摩医学院任教，后来对化学发生兴趣，从事多方面的研究工作，作出过很多贡献。由1810年开始他在大约20年的时间里，致力于原子量的测定，1814年发表了他的第一张原子量表。
贝采里乌斯对工作十分认真，尤其是从事化学实验更是特别的精细。他在极为简陋的化学实验室中，曾对约2000多种的物质，进行了准确的分析，从而得到各种原子量的有关数据。他还时刻注意别人的科研成果，分析利用，使他在原子量测定的工作上，比道尔顿又近了一步。
从贝采里乌斯所发表的原子量表上，可以看到有两个特色。第一，他取氧原子作基准，因为他在实践中，接触的多数是氧化物，以氧做准，比较方便。但他把氧的原子量定为100，这样，其他元素的原子量就都是比较大的数值，氢的原子量也成了62398。第二，他的原子量表中已没有了化合物，而元素的种类也增多到49种。不过当时还没有化合价的概念，使他所得元素原子量，有的则是应得比值的倍数。如钾、钠原子量被他定为489916和290897，若按氧是16折算，则是7839和4654，分别是接近现今原子量的2倍。
开始由于测定原子量只靠化学方法，可做的平行实验也较少，出现了误差，相互校正的关系不明确，有时只好取其平均数，当然误差仍然存在。
随着时间向前推移，科学上研究的新成果不断涌现。
1818年，有人发现了固体单质的比热跟原子量之间，有一定的比例关系，这为修订某些元素的原子量，提供了一个物理的途径。
也是在1818年，贝采里乌斯的学生米希尔里斯，在研究化合物的晶体时，发现了某些不同盐，晶体的形状却相同，他们分析了这一现象，并用于修订和测定原子量，改变了旧原子量表上出现的倍数的错误。
1827年，法国科学家杜马，发明了用蒸气密度法测定挥发性物质的分子量，并由此推算出原子量。但由于他误认为蒸气的分子都是双原子分子，所得原子量有些就是错的。
在选定原子量基准问题上，1860年又发生了一次重大变革，有一比利时科学家斯达，建议采用氧等于16为基准。他用了近25年的时间，精密测定原子量，若干元素原子量的有效数字，竟到达第四位数。
后来原子量的精度又进一步提高，并于1914年发现了同位素。
在化学界以氧16为基准的原子量，一直应用了一个世纪。由于原子物理及核物理学的发展，在1929年发现了氧还有两种同位素O17和O18，化学上所用原子量是以天然氧（三种氧原子的混合态）为16来测定的，就比物理学界以氧的同位数中的O16为16所得的原子量要小一些。两个学科所用原子量不同，尽管差别极小，在两科之间，必须把化学原子量乘以1.00275，或把物理原子量除以1.00275，才能通用。
1959年，关于原子量基准的最近一次改革发生了。这一年，在慕尼黑召开的一次国际化学协会的会议上，有人（马托赫）建议，另取碳的一种原子——碳－12作为基准，把它定为12.000000，由此来衡定其他元素的原子量。1960年在同一地点召开的国际物理学会，也表示认同。一个碳－12原子的绝对质量等于12×1.6605655×10－27千克，其他原子的绝对质量也就不难推算出来了。