根據同樣的道理，元素的導熱性、導電性、磁性及許多別種性質都不適合。
很顯然，像每個人有個特殊的臉作為他的標記一樣，每一元素也應該有一種更根本的特征作為它的標記。這標記應該永遠不起變化，沒有它時，連元素本身也無法想象。這種重要而不可缺少的標記應該有個特點：即使這元素和別的元素化合而成新的複合物，具有了新的性質，也不會失掉它。
真有這樣的標記嗎？能有這樣的標記嗎？
這個問題老是縈繞在門捷列夫的心頭，使他不斷地思索著，盤算著，比較著。
是的，是有這樣的標記，是有這樣的特性。門捷列夫知道它，所有的化學家知道它。可是很少有人重視它。
它就是“原子量”。原子量無論什麼時候，無論在什麼條件下也不改變。
它是元素的“身份證”。
這個結論是門捷列夫把一切元素的性質仔細比較以後得出來的。他看出了，猜到了，根據這一重要特征，就能摸索到使元素有相似和不相似之分的規律。能夠幫他找到物質世界的統一性與規律性的那把鑰匙了。隻有善於利用它，問題就可以解決了。
然而引他來到這裏的線索是模糊的，令人迷惑的。為了不迷路，為了清清楚楚地看出元素間的聯係，門捷列夫用厚紙板切成了63個方形卡片，在每一卡片上寫下元素的名稱、重要性質及原子量。然後“玩”起這副紙牌來。
擺起元素的“牌陣”來。換句話說，他把這些小方塊一組組地擺起來，變換它們的位置，尋找一般的規律性，尋找一切元素共同遵守的統一的法則。
門捷列夫無論是在白天或是夜晚，在講台上或在實驗室裏，在街上或在家中書桌邊，他隨時都在想著這個元素的自然係統。
1867年2月17日，門捷列夫開始挑選原子量相近的各元素，結果正像他所說的：“很快地就使我得出結論，各元素的性質和它們的原子量呈周期性的依賴關係。盡管有許多不明確的地方，但我從不懷疑所得出的結論具有普遍性，因為不可能有這樣的偶然性。”
門捷列夫在建立元素周期係統中具有決定意義的工作是，將不相類似的元素加以對比。首先是鉀和氯，然後是對整族的堿金屬和鹵族元素。1869年3月1日，他給本國和外國的一些化學家分別寄去他的第一稿元素周期表，名為《根據原子量和化學相似性而得出的元素之實驗》。1869年3月，由門舒特金代表門捷列夫（當時他因公外出）在俄國化學會議上宣讀“原子量與元素性質的關係”之報告，其內容有以下幾點：
（1）將元素按原子量的大小加以排列，其性質表現出明顯的周期性。
（2）化學性質相似的元素，或者是原子量相近，或者是依次遞增相同的數量。
（3）各元素及各族按原子量大小排列的對比與各元素的所謂的原子價相一致。
（4）分布在自然界的元素都具有數值不大的原子量值，具有這樣的原子量值的一切元素都表現出特有的性質，因此可以稱它們是典型的元素。
（5）原子量的大小決定元素的性質。
（6）還有一些未知的元素尚待發現，例如與Al、Si相類似，原子量為65—75的元素。
（7）如果知道某一元素的相類似的元素，原子量的值有時能夠加以修正。
（8）一些類似的元素能根據其原子量的大小被發現出來。
正如門捷列夫所指出的，周期律的全部規律都表述在這些原理中。其中最主要的是元素的物理性質和化學性質隨著原子量做周期性的變化。
1869年6月，門捷列夫製出一張原子體積表，準備在第二次俄國科學家與醫生代表大會上做“關於單質的原子體積”的報告，報告中談到，單質的原子體積是原子量的周期函數。
在《論鹽類氧化物中的含氧量及論元素的原子價》著作中，門捷列夫指出：“成鹽氧化物中元素的最高價也是原子量的周期函數。”這一切使他能夠把“元素係統之實驗”發展成為“元素的自然體係”。
1870年，門捷列夫將周期表加以補充（表1），可以把它看成是他對元素周期分類的業已成熟的見解。
然而在門捷列夫以前竟沒有一個人看得出元素間的這種自然關係，這不奇怪嗎？
乍一看，好像這裏並沒有什麼奧妙。隻要按照原子量的大小把元素一個接一個地寫下來，周期律就自動出現了。這件事做起來，好像十分容易，容易得跟按照字母的順序來排列元素差不多！這麼簡單的一種東西，怎麼除了門捷列夫以外，別的化學家就誰也想不到去試一試呢？