Han bemærkede, at når elementer blev arrangeret i rækkefølge af stigende atommasse, var der tilbagevendende mønstre i deres egenskaber. Dette førte til, at han udviklede den periodiske tabel, som han udgav i 1869.
Det er vigtigt at bemærke, at selvom atommasse var det primære grundlag for Mendeleevs arrangement, var det ikke den eneste faktor. Han erkendte også, at visse elementer skulle placeres ude af orden baseret på deres kemiske egenskaber. Dette demonstrerede hans forståelse af vigtigheden af kemisk periodicitet.
Senere blev den moderne periodiske tabel udviklet, hvor elementer er arrangeret i rækkefølge af stigende atomnummer, hvilket er en mere nøjagtig afspejling af den underliggende struktur af atomer.