Il a développé la théorie atomique de Dalton qui comprenait les points clés suivants:
* Toute la matière est composée d'atomes, qui sont indivisibles et indestructibles.
* Les atomes d'un élément donné sont de taille, de masse et d'autres propriétés identiques.
* Les atomes de différents éléments diffèrent en taille, en masse et en autres propriétés.
* Les réactions chimiques impliquent la combinaison, la séparation ou le réarrangement des atomes.
La théorie de Dalton était basée sur des observations expérimentales et a expliqué de nombreux phénomènes chimiques. Bien que tous les aspects de sa théorie ne résistent pas à l'épreuve du temps (par exemple, nous savons maintenant que les atomes peuvent être divisés en particules subatomiques), son travail a fourni un fondement crucial pour la compréhension moderne des atomes.