人类认识自然的过程，也就是人类在自然中探索并总结规律的过程。为了解释世界万物的组成与变化规律，很早就有人提出了“元素”的概念。

在古希腊，就有所谓的四元素说：万物是由土、水、气、火构成的；而在中国，五行说也由来已久：金、木、水、火、土，这五种元素相生相克。

现代意义上的元素定义来自拉瓦锡，他归纳出了33 种不能通过任何已知化学方法进行进一步分解的物质。但在拉瓦锡所归纳的这33种“元素”中，除了氧、氢、氮、碳、硫、磷等单质，还有氧化镁、氧化钡、氧化锶等化合物，甚至包含了光和热质这种其实不属于元素的东西。

拉瓦锡的《化学命名法》首页（1787 年版）

拉瓦锡的分类虽然很不精确，但总算开了个好头。在接下来的一个世纪里，人们不断地探索新的元素，并对拉瓦锡的分类体系进行完善。终于在1864年，出现了第一张按照常见化合价进行分类的元素周期表。

德国化学家Meyer提出的元素周期表（1864年）

在差不多同一时间，英国化学家Newlands发现拥有相似物理化学性质的元素每隔七个元素就会出现一次，很像音乐中的八音律。但这种联想在当时看来过于怪诞，并没有引起人们的重视。

英国化学家Newlands提出的元素周期表（1866年）

在1869年，俄国化学家门捷列夫（Менделе́ев）提出了第一张真正获得广泛认可的元素周期表。

俄国化学家门捷列夫发表的元素周期表（1869年）

这张表之所以会被广泛接受，是因为门捷列夫用它作出了一系列重要的预言：在这张元素周期表中存在着一些空位，每个空位都代表着一种当时未被发现的元素，这些未知元素的原子量、物理及化学性质等应符合这张表所体现出来的规律。

两年后，门捷列夫更新了他的元素周期表。在这个版本中，他把性质相似的元素排在同一纵列当中，并且按照常见氧化态将几组元素纵列标记I到VIII的编号。

门捷列夫发表的元素周期表（1871年，横线代表当时仍然未知的元素）

虽然在当时，表中空白的地方有很多，但随着新元素被逐个地发现，周期表中的空白也逐渐被填补。直到今天，门捷列夫提出的周期表框架仍旧被广泛认可。

国际纯粹与应用化学联合会发布的元素周期表（2022年）

为了庆祝元素周期表诞生150周年（1869-2019），联合国还将2019年设为“国际元素周期表年”，以庆祝“科学史上最伟大的成就（之一）”。