Unsur kimia
Jumlah proton dalam inti atom juga menentukan muatan listrik, yang pada gilirannya menentukan jumlah elektron atom tersebut dalam kondisi tak terionisasi. Elektron menempati orbital atom yang menentukan beragam sifat kimia atom. Jumlah neutron dalam inti atom biasanya berpengaruh sangat kecil pada sifat unsur kimia (kecuali dalam kasus hidrogen dan deuterium). Oleh karena itu, seluruh isotop karbon memiliki sifat kimia yang hampir identik karena kesemuanya memiliki enam proton dan enam elektron, meskipun atom karbon dapat mempunyai, misalnya, 6 atau 8 neutron. Inilah dasar pemikiran penentuan karakteristik unsur kimia menggunakan nomor atom, dan bukannya nomor massa atau massa atom.
Tabel periodik
Pada tahun 1864, Julius Lothar Meyer, kimiawan Jerman, mempublikasikan tabel berisi 44 unsur yang disusun berdasarkan valensi. Tabel tersebut menunjukkan bahwa unsur-unsur dengan kesamaan sifat kimia seringkali memiliki valensi yang sama. Di tempat terpisah, William Odling (kimiawan Inggris) mempublikasikan suatu penyusunan 57 unsur, yang disusun berdasarkan berat atomnya. Dengan beberapa ketakteraturan dan kesenjangan, ia melihat apa yang tampaknya menjadi periodisitas berat atom antara unsur-unsur dan bahwa ini sesuai dengan 'pengelompokan yang sudah pernah diterima.' Odling menyinggung ide hukum periodik tapi ia tidak mengembangkannya. Ia kemudian mengusulkan (pada tahun 1870) klasifikasi unsur-unsur berbasis valensi.
Kimiawan Inggris John Newlands menerbitkan serangkaian makalah dari tahun 1863 hingga 1866 yang mencatat bahwa ketika unsur-unsur disusun berdasarkan kenaikan berat atom, sifat kimia dan fisika yang sama akan berulang pada interval delapan; tampaknya ia menyamakan periodisitas dengan oktaf musik. Oleh karenanya disebut Hukum Oktaf. Bagaimanapun, idenya ini menyebabkan Newlands dicemooh oleh para koleganya, dan Chemical Society menolak mempublikasikan hasil karyanya. Namun Newlands mampu merancang sebuah tabel unsur dan menggunakannya untuk memperkirakan keberadaan unsur-unsur yang belum ditemukan, seperti germanium. Chemical Society akhirnya mengakui arti penting penemuan Newlands lima tahun setelah pengakuan terhadap Mendeleev.