關於物質結構的微粒學說。認為世界上的各種物質都由不可再分割的原子組成，物質的千變萬化不過都是原子間分離或重新組合的過程。原子論曾是古代哲學傢對物質內部結構以思辨的方式作出的一種終極實體單元的設想。這一學說的創始人是古希臘的哲學傢留基波和他的學生德謨克利特。他們認為：原子有多種多樣，但各種原子的原質都是相同的，隻是形狀與大小不同，例如火原子是球形的，因此不與其他原子結合，而且有最大的活動性，而土、水、氣3種種原子則分別具有各自的幾何形狀，能互相結合，形成各種物體；物質轉變的過程不過是原子的重新組合，但各原子本身保持不變，既不能創造，也不能毀滅；原子的產生既無前因，又是永恒存在著；無限多的原子在無限的虛空中運動著，原子的存在和運動形成瞭宇宙和各種自然現象，這一切都是必然產生的，並不決定於什麼意志。在談到宇宙的形成時，他們繪聲繪色地做過描述：由於無限多的原子在虛空中毫無規則地劇烈運動並互相碰撞，於是發生旋轉，結果較大的土原子沉積到中心，而形成大地；較小的水原子飄落在大地上，微小的空氣和火的原子則飛揚在大地以外，並形成幹熱的天體。
中世紀時基督教思想盛行，原子論受到排斥而逐步被人們淡忘。16～17世紀時的唯理論者又致力於發展原子論。伽利略便認為原子的運動也決定原子的特性，其重要性不亞於原子的大小和形狀。法國科學傢P.伽森狄提出的原子論和用機械論哲學解釋自然界的嘗試在當時產生瞭極大的影響。他力圖用原子的形狀和大小來說明物質的各種性質，例如熱是由微小的圓形原子引起的；冷是帶有鋒利棱角的椎形原子產生的，所以嚴寒能使人產生刺痛感；固體是靠彼此交錯的鉤子聯結起來的。他的這些觀點受到很多化學傢的重視。
英國科學傢R.玻意耳是用這種機械論方法研究化學的傑出代表。他在科學實驗中曾接觸到過許多與物質內部結構有關的現象，例如氣體的可壓縮性，而且體積與壓力呈反比關系；在液體蒸發和固體升華的過程中它們可以彌散於整個空間；鹽塊溶解後可以通過濾佈的微小孔等，從而使他相信和推崇伽森狄所倡導的物質微粒學說。他認為物體都是由數目眾多的微粒所構成。他設想：造就自然界的基本材料是一些由原初的普遍物質構成的細小、質密、不可分割的粒子。這些粒子結合成各種粒子團，粒子團集聚而生成各種物體。粒子團的大小和形狀以及運動決定著物體的各種物理的和化學的特性，粒子團則作為基本單位參加各種化學反應。所以玻意耳認為物質的各種特性完全可以由微粒學說來闡明，而無須元素論。I.牛頓對化學也很感興趣，在所著《光學》一書中便發揮瞭玻意耳的微粒學說，並以物質間相互吸引和發生碰撞的假說對當時他觀察到的各類化學反應居然作瞭統一的解釋。
英國化學傢J.道爾頓在對A.-L.拉瓦錫的元素學說和元素物質化合時遵循定比、倍比的規律作瞭認真思考後於1803年提出瞭近代科學的原子論，把原子論與元素學說結合成為一個整體，從而使化學成為一門真正的獨立學科。其原子論可歸納為如下要點：①元素物質（單質）的最終粒子稱為簡單原子，它們極其微小，是看不見的；是既不能創造，也不能毀滅和不可再分割的。它們在一切化學變化中保持不變。②同一種元素的原子，其形狀、質量及各種性質（如化學親和力）都是相同的；不同元素的原子在形狀、質量及各種性質上則各不相同。每一種元素以其原子的質量為最基本的特征。③不同元素的原子以簡單數目的比例相結合，形成瞭化學中的化學現象。化合物的原子稱為復雜原子（分子學說確立以後改稱分子）。復雜原子的質量為所含各種元素原子量之總和。同一化合物的復雜原子，其組成、形狀、質量和性質也必然相同。此後不久，道爾頓又為各種元素的原子設計瞭符號，並根據別人分析數據嘗試著為一些原子計算瞭相對原子量。他的原子學說很快得到化學界的普遍接受，深受尊重。
19世紀中葉，A.阿伏伽德羅提出的分子學說使道爾頓的原子學說更加完整和完善。20世紀以後，物理學中的一系列重大發現，如放射性、同位素、原子序數、原子內部構造、原子核裂變、人造元素等，使道爾頓原子理論得到重大修正和發展。