18、19世紀許多化學家對化合物組成進行了定量研究，逐漸得出一些定律，如定比、倍比和當量比例定律。原子理論作為一種知識框架，已經可以成功地解釋這些定律，這為原子學說獲得更多的支持和應用奠定了基礎。
現在，初學化學的學生就知道水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的，其分子式可以表示為H2O（其結構如圖3－4所示），但是，在19世紀很長的一段時間中，水分子卻表示為HO。道爾頓的學說當時遇到的困惑是不能從化合比例決定原子的相對重量。人們知道水是由氫與氧按1∶8的質量比合成的，但氫與氧的相對重量卻無從得知，因為無法確定水中氫、氧元素各有多少個原子。
實際上早在1811年，意大利物理學家、化學家阿弗加德羅就已經提出了關於氣體性質的阿弗加德羅假說，即同溫、同壓、同體積的氣體含有相同數目的分子。這一假說正是理解某種化合物中每種元素各有多少個原子以及得出正確的原子量所需要的方法。很遺憾，阿弗加德羅假說長期未受重視。直到1860年在卡爾斯魯厄舉行的化學家會議上，有化學家強調這一假說對化學的重要性，阿弗加德羅假說才撥雲見日，很快得到化學家們的認可，被假設不可再進一步分割的“元素”成為化學家眼中構成宇宙萬物的基本成分。
隨著發現的元素種類的增加，化學家認識到的不同類的原子也逐漸增多。這樣一來，2 000多年以來人們苦苦尋找的簡單的統一性還有沒有可能呢？在原子以下尺度上，是否還存在構成這些不同原子的更為基本的“碎片”呢？
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