Ha sviluppato la teoria atomica di Dalton che includeva i seguenti punti chiave:
* Tutta la materia è composta da atomi, che sono indivisibili e indistruttibili.
* Gli atomi di un determinato elemento sono identici di dimensioni, massa e altre proprietà.
* Gli atomi di elementi diversi differiscono per dimensioni, massa e altre proprietà.
* Le reazioni chimiche comportano la combinazione, la separazione o il riarrangiamento degli atomi.
La teoria di Dalton si basava su osservazioni sperimentali e spiegava molti fenomeni chimici. Sebbene non tutti gli aspetti della sua teoria abbiano superato la prova del tempo (ad esempio, ora sappiamo che gli atomi possono essere divisi in particelle subatomiche), il suo lavoro ha fornito una base cruciale per la moderna comprensione degli atomi.