1829年，德国J.W.德贝赖纳在研究元素的原子量与化学性质的关系时，发现有几个相似的元素组：①锂、钠、钾。②钙、锶、钡。③氯、溴、碘。④ 硫、硒、碲。⑤锰、铬、铁。同组元素的性质相似，中间元素的化学性质介于前后两个元素之间，它的原子量也差不多是前后两个元素的平均值。
1862年，法国尚古多提出元素性质有周期性重复出现的规律，他创造了一种螺旋图，将62个元素按原子量大小循序标记在绕着圆柱体上升的螺线上，可以清楚地看出某些性质相近的元素都出现在同一条母线上。
1864年，英国W.奥德林发表了一张比较详细的周期表，表中的元素基本上按原子量递增的顺序排列，体现了元素性质随原子量递增会出现周期性的变化。他还在表中留下空位，认识到它们是尚未被发现但性质与同一横列元素相似的元素。
1865年，英国J.A.R.纽兰兹把当时已发现的元素按原子量大小顺序排列，发现从任意一个元素算起，每到第八个元素，就和第一个元素的性质相 似，他把这个规律称为八音律。对元素周期律的发展贡献最大的当推俄国D.I.门捷列夫和德国J.L.迈尔。门捷列夫曾经收集了许多元素性质的数据，并加以 整理，在这一过程中，他紧紧抓住元素的基本特征——原子量，探索原子量与元素性质的关系。他发现，如果把所有当时已知的元素按照原子量递增的顺序排列起 来，经过一定的间隔，元素的性质会呈现明显的周期性。
1869年，他发表了第一张元素周期表，同年3月，他委托N.A.缅舒特金在俄罗斯化学会上宣读了论文“元素属性和原子量的关系”，阐述了周期律的基本要点：
①将元素按照原子量大小顺序排列起来，在性质上呈现明显的周期性。
②原子量的大小决定元素的特性。
③应该预料到许多未知元素的被发现。
④当知道了某元素的同类元素后，有时可以修正该元素的原子量。
在这张周期表中，有4个位置只标出原子，在应该写元素符号的地方却打了一个问号。这是因为门捷列夫在设计周期表时，当他按原子量递增的顺序将元素排 列到钙（原子量为40）时，在当时已知的元素中，原子量比40大的元素是钛（原子量为50），这样，钙后面的一个元素似乎是钛。但是，门捷列夫发现，如果 照这样的次序排列，钛就和铝属于同一族，实际上钛的性质并不与铝相似，而与铝的后面一个元素硅相似，因此他断定钛应该与硅属于同一族，在钙与钛之间应该存 在着一个元素，虽然这个元素尚未被发现，但应该为它留出空位。根据同样理由，他认为在锌与砷、钡与钽之间也应留下空位，因此他预言了原子量为45、68、 70的3种未知元素的性质，并命名为类硼、类铝、类硅。后来，这3种元素先后被发现，1875年布瓦博德朗发现的镓即类铝，1879年L.F.尼尔松发现 的钪即类硼，1886年C.温克勒尔发现的锗即类硅。这3种新发现的元素的性质与门捷列夫的预言很吻合， 证明了周期律的正确性。
1870年迈尔发表了一张元素周期表，指出元素的性质是原子量的函数，他所依据的事实偏重元素的物理性质。他对于族的划分也比门捷列夫的周期表更加完善，例如将汞与镉、铅与锡、硼与铝列为同族元素。