19世纪初化学研究的中心在英国、德国和瑞典。相对而言，意大利在当时则称得上是科学的不毛之地了。因此，当意大利科学家阿伏伽德罗（A. Avogadro）伯爵对理解原子性质做出重大贡献时，人们却没有给予应有的关注。在其有生之年，阿伏伽德罗的发现都没能获得认可，因此也未能给当时的化学研究带来应有的积极影响。直到后来人们才发现，他的成果是理解及预测元素反应的关键，足以使化学学科产生根本变革。大多数化学家都从气体入手探索颗粒的行为和存在，阿伏伽德罗也不例外。
阿伏伽德罗的成果有两个方面极端重要：第一，不论何种气体，只要体积相同，则所含粒子数相同；第二，气体的原子并非一定独立存在，也可以组合成为双原子粒子。正是阿伏伽德罗最先指出，一个分子也可能只由同一种原子组成。
意大利伯爵、物理学教授阿伏伽德罗
法国化学家盖-吕萨克对构成大气的各种气体做了大量研究。他多次搭乘热气球，升到高空测量压力和湿度，而在当时，热气球可算不上什么安全的交通工具。他研究了气体的化合方式，以及化合过程中的比例。1808年，盖-吕萨克提出了一个定律，称“作为反应物的气体，及其反应后生成的气体，两者体积比可表达为整数”。换言之，从体积上说，各种气体总以整数比例化合，生成的气体体积也是原来的整数倍。例如他发现，总是2份体积的氢和1份体积的氧化合，且生成2份体积的气态水。对此他并没有进一步解释，但实验结果足以充分支撑他的定律。
对于盖-吕萨克的定律，阿伏伽德罗倒可以解释。1811年，阿伏伽德罗提出：如果气体不论种类，体积相同则粒子数量相同，那么两种可以反应的等体积气体，就能生成和它们各自体积相等的气体。例如：1升气体A和1升气体B，化合后只产生了1升气体AB，因为两者的粒子结合成了分子。阿伏伽德罗并没有使用“原子”这个词，却用了“单分子”这种称呼（当时“原子”和“分子”基本是混用的）。
热气球发明于1783年，几年后，盖-吕萨克就开始用它来进行大气采样
阿伏伽德罗的观点没能得到同时代人的关注。他与贝尔塞柳斯的观点正相矛盾，后者认为，当原子化合时，它们是借助某种电的力量维系起来的，既有正吸引也有负吸引（正如洛克提出的“联结”和“拒斥”）。若果真如此，那就不可能存在由相同原子构成的气体分子了，因为同一种原子不可能既带正电荷，又带负电荷。(www.xing528.com)
当时的科学家们并没有挑战贝尔塞柳斯的旧权威，而是选择不接受新的观点。阿伏伽德罗的观点遭到埋没，直至1860年在卡尔斯鲁厄召开的国际化学会议上，另一位意大利化学家坎尼扎罗（S. Cannizzaro）才让它重见天日。在化学发展史上以及元素周期表的故事中，这次会议都称得上一个决定性事件，化学家们组织会议的目的很明确，那就是厘清化学领域内棘手的混乱局面。不过在这次会议之前，混乱仍在持续加剧。
如上所述，阿伏伽德罗认识到，同种原子也可以结合为分子，这就为化学增加了一种计算方法。比如，1升的氢气就等于蕴含着2升氢原子，这些原子不过是暂时结合成氢分子，完全有可能独立出来。阿伏伽德罗一方面发现了等体积的规律，另一方面也意识到气体分子可以是双原子分子。基于这些观察，他便可以解释盖-吕萨克对于氢、氧以及生成的水蒸气之间体积比的测量结果了：
2H+O→2H2O（即2个氢原子和1个氧原子结合成为2个水分子）
然而很明显，要生成2个水分子，这里氧或氢原子的数量并不足够。而如果我们引入阿伏伽德罗所提出的双原子分子，这个公式经重写后便成立了：
2H2+O2→2H2O（即4个氢原子和2个氧原子结合成为2个水分子）
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