元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)（即核電荷數(shù)或核內(nèi)質(zhì)子數(shù)）的遞增而呈周期性的變化，或元素的性質(zhì)是原子序數(shù)的周期函數(shù)，這一規(guī)律叫做元素周期律。
從18世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉這100年間，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的元素不斷地被發(fā)現(xiàn)。到1869年，人們已經(jīng)知道了63種元素，并積累了不少對(duì)這些元素的物理、化學(xué)性質(zhì)的研究材料。因此，人們產(chǎn)生了整理和概括這些感性材料的迫切要求。在尋找元素性質(zhì)間的內(nèi)在聯(lián)系的同時(shí)，提出了將元素進(jìn)行分類的各種學(xué)說。
1829年，德國化學(xué)家德貝萊納（Dobereiner，1780-1849），根據(jù)元素性質(zhì)的相似性提出了"三素組"學(xué)說。他歸納出了5個(gè)"三素組"：
Li Ca P S Cl
Na Sr As Se Br
K Ba Se Te I
在每個(gè)"三素組"中，中間元素的相對(duì)原子質(zhì)量約是其他兩種元素相對(duì)原子質(zhì)量的平均值，而且性質(zhì)也介于其他兩種元素之間。但是，在當(dāng)時(shí)已經(jīng)知道的54種元素中，他卻只能把15種元素歸入"三素組"，即：
Li、Na、K組 Na相對(duì)原子質(zhì)量=(7+37)/2＝22
C1、Br、I組 Br相對(duì)原子質(zhì)量＝(35.46+126.40)/2=80.97 Ca、Sr、Ba組 Sr相對(duì)原子質(zhì)量＝(40+137)/2=88
因此，不能揭示出其他大部分元素間的關(guān)系。雖然"三素組"學(xué)說沒能引起人們的重視，但這卻是探求元素性質(zhì)和相對(duì)原子質(zhì)量之間關(guān)系的一次富有啟發(fā)性的嘗試。
1864年，德國人邁那耳（Meyer，1830-1895）發(fā)表了《六元素表》。在表中，他根據(jù)物理性質(zhì)和相對(duì)原子質(zhì)量遞增的順序把性質(zhì)相似的元素六種、六種地進(jìn)行分族，排出如下一張?jiān)胤诸惐?
Li Be C N O P
Na Mg Si P S Cl
K Ca As Se Br Rb
Sr Sn Sb Te I Cs
Ba Pb Bi Tl
這張表比以往任何一張?jiān)胤诸惐矶几呙?，但有下列致命缺點(diǎn)，那就是只盲目按相對(duì)原子質(zhì)量遞增排列，而未空出應(yīng)有的位置來。其次，它按物理性質(zhì)排列，很難揭示元素內(nèi)在聯(lián)系，而且包括的元素并不多，還不到當(dāng)時(shí)已知元素的一半。
1865年，英國皇家農(nóng)業(yè)學(xué)會(huì)化學(xué)師紐蘭茲(A.Y. Newlands，1837-1898)把當(dāng)時(shí)已知的62種元素按相對(duì)原子質(zhì)量由小到大的順序排列，發(fā)現(xiàn)從任意一種元素算起，每當(dāng)排列到第八種元素時(shí)就會(huì)出現(xiàn)性質(zhì)跟第一個(gè)元素相似的情況，猶如八度音階一樣，他把這個(gè)規(guī)律叫做"八音律"。
H1 Li2 G3 Bo4 C5 N6 O7
F8 Na9 Mg10 Al11 Si12 P13 S14
Cl15 K16 Ca17 Cr18 Ti18 Mn20 Fe21
Co或Ni22 Cu23 Zn25 Y24 Zn26 As27 Se28
Br29 Rb30 Sr31 Ce或La33 Zr32 V或Mo34 Ro或Ru35
Pd36 Ag37 Cd38 V40 Sn39 Sb41 Fe43
I42 Cs44 Ba或V45 Ta46 W47 Nb48 Au49
Pt或Ir50 Tl53 Pb54 Th56 Hg52 Bi55 Os51
但是，由于他沒有充分估計(jì)到當(dāng)時(shí)的相對(duì)原子質(zhì)量測(cè)定值可能有錯(cuò)誤，而是機(jī)械地按相對(duì)原子質(zhì)量由小到大的順序排列，同時(shí)他也沒有考慮到還有未被發(fā)現(xiàn)的元素，沒有為這些元素留下空位，更未能揭示元素從量變到質(zhì)變這一重要規(guī)律。因此，他按"八音律"排的元素表在很多地方是混亂的，沒能正確地揭示出元素間的內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律。
1869年，俄國化學(xué)家門捷列夫在批判和繼承前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行了訂正、分析和概括，成功地對(duì)元素進(jìn)行了科學(xué)分類。他總結(jié)出一條規(guī)律：元素（以及由它所形成的單質(zhì)和化合物）的性質(zhì)隨著相對(duì)原子質(zhì)量的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。這就是元素周期律。他還根據(jù)元素周期律編制了第一張?jiān)刂芷诒?，把已?jīng)發(fā)現(xiàn)的63種元素全部列入表里。他預(yù)言了類似硼、鋁、硅的未知元素（門捷列夫叫它們?yōu)轭惻?、類鋁和類硅元素，即以后發(fā)現(xiàn)的鈧、鎵、鍺）的性質(zhì)，并為這些元素在表中留下了空位。他在周期表中也沒有機(jī)械地完全按照相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)值由小到大的順序排列，并指出了當(dāng)時(shí)測(cè)定某些元素的相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)值有錯(cuò)誤。若干年后，他的預(yù)言都得到了證實(shí)。門捷列夫工作的成功，引起了科學(xué)界的震動(dòng)。人們?yōu)榱思o(jì)念它的功績(jī)，就把元素周期律和元素周期表稱為門捷列夫元素周期律和門捷列夫元素周期表。但是由于時(shí)代的局限，門捷列夫揭示的元素內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律還是初步的，他未能認(rèn)識(shí)到形成元素性質(zhì)周期性變化的根本原因。
二十世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于原子的結(jié)構(gòu)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。人們發(fā)現(xiàn)，引起元素性質(zhì)周期性變化的本質(zhì)原因不是相對(duì)原子質(zhì)量的遞增，而是核電荷數(shù)（原子序數(shù)）的遞增，也就是核外電子排布的周期性變化。后來，科學(xué)家又對(duì)元素周期表作了許多改進(jìn)，如增加了0族等，把元素周期表修正為現(xiàn)在的形式。
