1803年继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说，提出原子论，其要点：化学元素由不可分的微粒―原子构成；同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一；不同元素化合时，原子以简单整数比结合。

推导并用实验证明倍比定律。

如果一种元素的质量固定时，那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。

最先从事测定原子量工作，提出用相对比较的办法求取各元素的原子量，并发表第一张原子量表，为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。

此外，道尔顿在气象学、物理学上的贡献也十分突出。

1801年还提出气体分压定律，即混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和，他还测定水的密度和温度变化关系和气体热膨胀系数相等等。