虽然人们很早就提出了“物质是由原子构成”的这一猜想，但直到18世纪，人们通过生产实践和大量化学、物理学实验，才加深了对原子的认识。把原子学说第一次从推测转变为科学概念的，应归功于英国一个教会学校的化学教员，他就是道尔顿。道尔顿是怎样攀登上科学高峰呢？他自己是这样回答的：如果我比我周围的人获得更多的成就的话，那主要是——不，我可以说，几乎唯一的——是由于不懈的努力。一些人比另外一些人获得更多的成就，主要是由于他们比一般人更加专注和坚持，而不是由于他的天赋比别人高多少。
自学成才的少年
1766年9月6日，道尔顿出生在英格兰北部一个乡村里。父亲是一位兼种一点薄地的织布工人，母亲生了6个孩子。虽然父母起早摸黑，还是无法养活6个孩子，致使其中3个相继夭折。由于家庭情况的窘迫，懂事的道尔顿只好退学。那一年，他还不满11岁。但是他酷爱读书，在农活的空隙还坚持自学。他的勤奋好学的态度得到村里一个叫鲁宾逊的亲戚的赞赏。鲁宾逊主动地利用晚上时间来教他数学和物理。到了15岁时，道尔顿的学识已有很大提高，于是他离家来到附近的肯达尔镇上担任助理教师。有一天，突发奇想的他，对大红公鸡能准确地预报何时会下雨或何时有风暴而惊诧不已：“为什么禽类能预报天气，而我却不能呢?”这个问题一直萦绕在他心头。当得知镇上有一位名叫约翰·格夫的盲人学者也在进行类似探索工作时，他紧蹙的眉头舒展开来。在格夫的帮助和鼓励下，他开始了长达57年、不下于20万次的气象观测。
在学校里，道尔顿坚持一边努力工作，一边发愤读书，无论是数学、自然科学，还是哲学、文学的书籍，他都广泛涉猎。据说在学校的12年中，他读的书比以后50年读的还多。正是这种勤奋学习为他当时的教学和以后的科研奠定了坚实的基础。在道尔顿住的房间里，书架上却摆着很多书。他一边进行定期的气象观测，一边不断地读书、读书，并写下了一系列关于气象的论文，如《关于极光》、《关于气压计》、《关于降雨》、《关于蒸发》等等。1793年，他发表了专著《关于气象学的观测和实验》，以此作为对前一阶段工作的总结。在这部著作里，他介绍了气压计、温度计、湿度计和其他仪器装置，介绍了他多年观测的结果，还别具匠心地分析了云的形成过程、蒸发过程和大气降水量的分布规律，分析了早晨的北风等等。
全身投入科学事业
1793年，道尔顿经格夫推荐，到曼彻斯特学院担任数学和物理学教师。后来他还开设了化学课程，系统地学习化学知识是从这里开始的。曼彻斯特有着藏书丰富的图书馆、各种学会和出版社，还有许多著名的科学家在这里工作，有着开展科学活动的得天独厚的条件。对于勤奋好学的道尔顿来说，来到这里真是如鱼得水。在曼彻斯特学院，他越来越感觉到粉笔和破抹布消耗了他太多的宝贵时间。l799年，他离开学院，成为曼彻斯特最受尊重和欢迎的私人教师。除了每天不超过2小时的授课之外，道尔顿全身心投入到科学事业中。
道尔顿向曼彻斯特文学和哲学会借了一间工作室，又在工作室附近租了一间简陋的民房，开始他清贫的以科研生活。据他的房东介绍说：道尔顿的生活很有规律，早餐前先去实验室升火，吃完早餐后即开始工作，一直干到午餐时才出来。吃罢午餐又继续进实验室工作，一直忙到晚上9点，晚餐后稍作休息，就进住房读书至夜半。这种生活就象时钟运转一样有规律，“午夜方眠，黎明即起”成为道尔顿勤奋治学生活的真实写照。功夫不负有心人。勤奋的学习，刻苦的钻研，使道尔顿在攀登科学的山路上取得了一个又一个的成果。
道尔顿在曼彻斯特发表的第一篇论文，不是气象问题，也不是物理问题，而是一篇关于色盲的研究文章。圣诞节时道尔顿为母亲买了一双深蓝色的袜子表示自己对老人的孝敬。当他送给母亲时，母亲却厉声责问他，为什么买一双红色袜子。依照当地宗教习俗，妇女禁忌红色。由此道尔顿才发现自己的辨色能力与众不同。对此他经过认真的调查，发现他哥哥也和他一样，具有不正常的辨色能力，另有一些人也具有这一病症。为此他撰写了论文，提出人类中存在着色盲这一病症。道尔顿的这一发现引起了社会公众的重视，所以在英国将色盲常称为“道尔顿症”。
长期以来对气象观测和对大气各种问题的思索很自然地引导他去研究气体的物理性质。他用自己亲自动手设计制作的各种器具认真地考察了大气、水蒸气等多种气体和蒸发、压缩、膨胀等物理现象，还对大气的组成、混和气体的状态、气体的扩散、气体在水中的溶解等问题作了实验研究。他在“论气体受热膨胀”的论文中清楚地提出了气体的热膨胀定律：任何气体每上升一定温度时发生的体积膨胀是相同的，在同一时期，法国化学家盖·吕萨克也提出了气体的体积随温度而改变的这一定律，所以现在人们常称气体热膨胀定律为道尔顿－盖·吕萨克定律，此后不久，道尔顿又进一步地提出了著名的混和气体的分压定律，混和气体的压力等于各组分在同样条件下所具有的压力之和。这些对气体物理性质的实验研究成果又引导道尔顿去攀登科学险途的新高峰。
创立科学原子论
原子的特点是什么？这是这一时期困扰他的最苦恼的问题。他觉得，化学所缺少的正是物质结构的真正理论。
最早提出所有的物质都是由极其微小的、不可毁坏的被称为“原子”的粒子所组成的。在2000多年前，古希腊哲学家德谟克利特就采用了这一假说，他主张“所有的物质是由不可再分割的粒子组成的”。17世纪的牛顿，还有18世纪的拉瓦锡，都支持过类似的学说。不过，早期的原子学说都没有定量表达，也没有用于科学研究，更重要的是谁也没有想到哲学的假想和科学事实之间存在的联系。
道尔顿的与众不同之处正是表现在这里。经过多年的紧张劳动，1803年10月21日，他在曼彻斯特文学学会的讲台上报告了他的化学原子论。他的基本观点可归纳为三点：
（1）元素是由非常微小、不可再分的微粒——原子组成，原子在一切化学变化中不可再分，并保持自己的独特性质。
（2）同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。不同元素的原子质量和性质也各不相同，原子质量是每一种元素的基本特征之一。
（3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。
道尔顿还宣读了他的第一张原子相对质量表，认为最轻的元素是氢，并把氢的原子量相对规定为l。尽管他的原子量表与现行的相比误差很大，并把原子当量当成了原子量。但是，这毕竟是世界上第一张原子量表，它改变了过去关于原子的模糊概念，第一次把纯属臆测的原子概念变成一种具有一定质量的、可以由实验来测定的物质实体。化学从此走上了定量研究的阶段。
在他阐述他的原子论的过程中，他又发现和他原子理论相吻合的一个实验事实：当甲乙两元素能化合生成几种不同的化合物时，则在这些化合物中，与一定质量的甲元素相化合的各乙元素的质量都互成简单的整数比。例如一氧化碳和二氧化碳中，与同量碳化合的氧，其质量之比为1：2。氧的氮化物、沼气（甲烷）和成油气（乙烯）等也都呈现此规律。于是道尔顿第一个提出了表述这一规律的倍比定律。倍比定律来自实验，很快为大家所理解和接受，因而成为原子理论的实验论据之一。
《化学哲学新体系》
1808年，道尔顿的著作《化学哲学新体系》陆续问世。这一名著分两卷，第一卷又分上下两册。在第一卷上册中，他主要论述了物质的结构，详尽地阐明了原子论的由来和发展，包括他关于原子论的基本观点。第一卷下册于1810年出版，它的内容主要是结合化学实验的事实，运用原子理论对一些元素和化合物的组成、性质作介绍。第二卷直到1827年才出版，它重点叙述金属氧化物、硫化物以及合金的性质，把原子论的思想作了进一步的发展。
道尔顿原子论所提出的新概念和新思想，很快成为化学家们解决实际问题的重要理论。首先用它清晰地解释了当时正被运用的定比定律、当量定律。同时这一理论使众多的化学现象得到了统一的解释。特别是原子量的引入，原子质量是化学元素基本特征的思想，把化学研究提高到一个新的水平。
道尔顿的原子论不仅在英国化学界，而且在整个科学界引起了重视和推崇。1816年法国科学院选道尔顿为外国通讯院士。1822年在没有征求道尔顿本人意见的情况下，英国皇家学会增选他为会员。其后他先后被聘为柏林科学院名誉院士、莫斯科自然科学爱好者协会名誉会员、慕尼黑科学院名誉院士。对此道尔顿没有丝毫兴趣，他仍然像过去一样，将自己的热情和精力奉献给科学，继续从事原子论的研究，测定各种元素的原子量，继续过着那朴实而紧张的隐居式生活。
1844年7月26日晚，道尔顿用发抖的手记下最后一篇气象日记。第二天清晨，他就像婴儿入唾一样静静地长眠了，享年77岁。8月12日公葬时，有100多辆马车送葬，数百人徒步跟随，沿街商店也都停止营业，以示悼念。一位终身未娶、没有后人也没有钱财的普通市民，在死后能获得这种非同寻常的礼遇，可见人们对道尔顿的崇敬。
