* atomteori: Han foreslog den første omfattende atomteori, der lagde grundlaget for moderne kemi. Nøglepostulater af hans teori inkluderer:
* Alt stof er sammensat af små, udelelige partikler kaldet atomer.
* Atomer af et givet element er identiske i størrelse, masse og egenskaber.
* Atomer af forskellige elementer har forskellige størrelser, masser og egenskaber.
* Atomer kan ikke oprettes eller ødelægges, men kan omarrangeres i kemiske reaktioner.
* Lov om flere proportioner: Dalton observerede, at når to elementer kombineres for at danne mere end en forbindelse, er masserne af det ene element, der kombineres med en fast masse af det andet element, i forhold mellem små hele tal. Dette gav bevis for eksistensen af atomer og deres rolle i kemiske reaktioner.
* Relative atommasser: Dalton bestemte de relative atommasser af flere elementer ved at sammenligne masserne af elementer, der kombinerede for at danne en forbindelse. Selvom det ikke var nøjagtigt efter dagens standarder, var dette en betydelig fremgang på det tidspunkt.
Mens hans teori havde nogle unøjagtigheder, som ideen om, at atomer var udelelige (vi ved nu om subatomære partikler), revolutionerede Daltons arbejde vores forståelse af stof og banede vejen for yderligere fremskridt i atomteori. Hans bidrag er vigtige for udviklingen af moderne kemi.