Зимой 1868 -1869  года, работая над своим учебным курсом «Основы химии» и пытаясь систематизировать накопленный фактический материал, Менделеев  приходит к гениальному выводу: в основу классификации химических элементов необходимо положить два их основных и постоянных признака - величину атомной массы и свойства. Он выписал на карточки все известные сведения об 63 уже открытых и изученных в то время химических элементах и их соединениях. Сопоставляя эти сведения, Менделеев составил естественные группы сходных по свойствам элементов и  объединил их в единую систему. При этом он обнаружил, что свойства элементов изменяются в пределах определенных их совокупностей линейно (монотонно возрастают или убывают), а затем повторяются периодически, то есть через определенное число элементов встречаются сходные. Ученый выделил периоды, в которых свойства химических элементов и образованных ими веществ закономерно изменяются.

  На основании этих наблюдений Дмитрий Иванович сформулировал Периодический закон: "Свойства элементов, а потому и образуемых ими простых и сложных тел (веществ), стоят в периодической зависимости (т.е. правильно повторяются) от их атомного веса". Открытие Менделеевым Периодического закона датируется 17 февраля (1 марта - по новому стилю) 1869 года, когда он составил таблицу, озаглавленную "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве". 

  Говорят, что Периодическая таблица приснилась Менделееву во сне. Сам же учёный, на вопрос,  как он открыл периодическую систему, ответил: "Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг... готово".