Представление об атомах как о мельчайших частицах, из которых состоят окружающие нас тела, возникло ещё в V веке до нашей эры. Древнегреческий философ Демокрит считал, что атомы — это неделимые частицы разной природы, которые соединяются друг с другом, образуя всевозможные тела, а соотношение между атомами и порядок их соединения определяют свойства этих тел.

Через две тысячи лет химики получили первые подтверждения догадкам Демокрита. Сначала они научились разделять смеси на отдельные химические вещества, а затем сложные вещества — на простые. В состав простого вещества входили атомы одной химической природы, поэтому его нельзя было разделить на составляющие. Совокупность атомов одной химической природы назвали химическим элементом; таким образом, в состав простых веществ входило по одному элементу, а в состав сложных — по несколько. Соединение атомов в разном соотношении и порядке приводило к образованию разных веществ, как и предсказывал Демокрит.

Атомы оказались неделимыми частицами с точки зрения химии, т.е. химическим путём атомы не удалось разделить на более мелкие составляющие или превратить в другие атомы. Все химические взаимодействия сводились к перераспределению связей между атомами, но не изменяли природу атомов, не превращали один элемент в другой.

Химическая природа многих элементов была хорошо изучена к середине XIX века, а в 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев объединил разрозненные закономерности в свойствах элементов одним общим законом, создав периодическую систему химических элементов. Но понять, почему работает периодический закон, не удавалось до тех пор, пока физики не пришли на помощь химикам и не проникли во внутреннее устройство атома. Только тогда удалось выяснить, как химические свойства атома связаны с его внутренним строением, объяснить природу химических связей и условия их разрыва и образования. Таким образом укрепились два важнейших фундамента химии: периодический закон Д. И. Менделеева и теория химического строения А. М. Бутлерова.