Впервые объяснение этих фактов с точки зрения атомарного строения вещества было дано Джоном Дальтоном. В работе «Новая система химической философии» (1808 г.) он высказал предположение, что каждому химическому элементу соответствует уникальный для него атом и что соединение в различных пропорциях этих атомов приводит к образованию наблюдаемых в природе химических веществ. Однако атомы представлялись Дальтону как неделимые, невидимые человеческому глазу шарики. Семью годами позже малоизвестный английский химик Уильям Праут анонимно опубликовал статьи, в которых высказал оригинальные для того времени гипотезы: во-первых, все химические элементы состоят из мельчайших частичек – атомов, а во-вторых, атомы всех веществ могут образовываться путем конденсации из водорода. И хотя эти предположения не вписывались в господствующую в то время классическую механику, и второе из них очень скоро было справедливо опровергнуто, они оказали серьезное влияние на дальнейшее развитие науки.
Первые же экспериментальные результаты, раз и навсегда решающие вопрос в пользу реального существования атомов, были получены не в области физики или химии, а в сфере биологии ботаником Робертом Броуном в 1827 г. Изучая поведение цветочной пыльцы под микроскопом, он обнаружил, что отдельные ее споры совершают абсолютно хаотичные импульсные движения, которые не связаны ни с завихрениями, ни с испарением воды. Броун установил, что подобное хаотичное движение свойственно не только частичкам пыльцы растений, но и вообще любым микроскопическим объектам. Однако интерпретировать полученные данные он не смог. Достойное объяснение этому явлению было дано лишь в 1905 г. Альбертом Эйнштейном, который утверждал, что взвешенная в воде микрочастица подвергается постоянной «бомбардировке» со стороны хаотично движущихся молекул воды. И этот феномен служит наилучшим экспериментальным подтверждением молекулярной и атомистической теории строения вещества.