1829年，德國J.W.德貝賴納在研究元素的原子量與化學性質的關系時，發現有幾個相似的元素組：①鋰、鈉、鉀。②鈣、鍶、鋇。③氯、溴、碘。④ 硫、硒、碲。⑤錳、鉻、鐵。同組元素的性質相似，中間元素的化學性質介于前后兩個元素之間，它的原子量也差不多是前后兩個元素的平均值。
1862年，法國尚古多提出元素性質有周期性重復出現的規律，他創造了一種螺旋圖，將62個元素按原子量大小循序標記在繞著圓柱體上升的螺線上，可以清楚地看出某些性質相近的元素都出現在同一條母線上。
1864年，英國W.奧德林發表了一張比較詳細的周期表，表中的元素基本上按原子量遞增的順序排列，體現了元素性質隨原子量遞增會出現周期性的變化。他還在表中留下空位，認識到它們是尚未被發現但性質與同一橫列元素相似的元素。
1865年，英國J.A.R.紐蘭茲把當時已發現的元素按原子量大小順序排列，發現從任意一個元素算起，每到第八個元素，就和第一個元素的性質相 似，他把這個規律稱為八音律。對元素周期律的發展貢獻最大的當推俄國D.I.門捷列夫和德國J.L.邁爾。門捷列夫曾經收集了許多元素性質的數據，并加以 整理，在這一過程中，他緊緊抓住元素的基本特征——原子量，探索原子量與元素性質的關系。他發現，如果把所有當時已知的元素按照原子量遞增的順序排列起 來，經過一定的間隔，元素的性質會呈現明顯的周期性。
1869年，他發表了第一張元素周期表，同年3月，他委托N.A.緬舒特金在俄羅斯化學會上宣讀了論文“元素屬性和原子量的關系”，闡述了周期律的基本要點：
①將元素按照原子量大小順序排列起來，在性質上呈現明顯的周期性。
②原子量的大小決定元素的特性。
③應該預料到許多未知元素的被發現。
④當知道了某元素的同類元素后，有時可以修正該元素的原子量。
在這張周期表中，有4個位置只標出原子，在應該寫元素符號的地方卻打了一個問號。這是因為門捷列夫在設計周期表時，當他按原子量遞增的順序將元素排 列到鈣（原子量為40）時，在當時已知的元素中，原子量比40大的元素是鈦（原子量為50），這樣，鈣后面的一個元素似乎是鈦。但是，門捷列夫發現，如果 照這樣的次序排列，鈦就和鋁屬于同一族，實際上鈦的性質并不與鋁相似，而與鋁的后面一個元素硅相似，因此他斷定鈦應該與硅屬于同一族，在鈣與鈦之間應該存 在著一個元素，雖然這個元素尚未被發現，但應該為它留出空位。根據同樣理由，他認為在鋅與砷、鋇與鉭之間也應留下空位，因此他預言了原子量為45、68、 70的3種未知元素的性質，并命名為類硼、類鋁、類硅。后來，這3種元素先后被發現，1875年布瓦博德朗發現的鎵即類鋁，1879年L.F.尼爾松發現 的鈧即類硼，1886年C.溫克勒爾發現的鍺即類硅。這3種新發現的元素的性質與門捷列夫的預言很吻合， 證明了周期律的正確性。
1870年邁爾發表了一張元素周期表，指出元素的性質是原子量的函數，他所依據的事實偏重元素的物理性質。他對于族的劃分也比門捷列夫的周期表更加完善，例如將汞與鎘、鉛與錫、硼與鋁列為同族元素。