Ha sviluppato la sua teoria atomica all'inizio del 1800, che affermava che:
1. Tutta la materia è composta da atomi, che sono particelle indivisibili e indistruttibili.
2. Gli atomi di un determinato elemento sono identici di dimensioni, massa e altre proprietà.
3. Gli atomi di elementi diversi hanno proprietà diverse.
4. Le reazioni chimiche comportano il riarrangiamento degli atomi.
La teoria atomica di Dalton era un'idea rivoluzionaria che gettò le basi per la chimica moderna. Mentre alcuni aspetti della sua teoria sono stati perfezionati nel tempo, la sua idea fondamentale che sono fatti elementi di diversi tipi di atomi rimane la pietra miliare della nostra comprensione della materia.