發現這個正確規律的榮耀，屬於27歲多就死於第一次世界大戰的英國物理學家莫斯萊(1887～1915)。1913年，他在用實驗研究了元素的X光光譜之後得知，元素呈現周期性變化的根本原因是，元素原子核所帶的電荷數——“原子序數”的多少，而不是它的表麵現象——原子量。這樣，就徹底解決了那三對元素的原子量顛倒的問題，完成了元素周期律的第二次大發展。
不過，原子序數這一概念，則是荷蘭物理學家布洛尼克(1870～1926)早於莫斯萊引入的。他還在1907年設計了一個以α粒子為基礎的元素周期表。這個周期表含8個族、15個周期，為120個元素留有位置。他是最早從理論上提出“元素是按核電荷數增長順序排列的”人。
1916年，德國化學家柯塞爾(1888～1956)首先以原子序數代替原子量，製成新的元素周期表。
但是，布洛尼克、莫斯萊仍然沒能解決元素性質發生周期性變化的根本原因。在英國物理學家盧瑟福，特別是丹麥物理學家玻爾等人建立了原子的核式模型之後，在量子力學誕生之後，這一問題才得到根本解決：原子核外電子排布的周期性和運動規律，決定了元素性質的周期性。例如，在1922年，玻爾就用他創立的原子結構模型——一個經典理論和量子條件並放在一起的混合體，解釋了元素周期表的結構法則。這是元素周期律的第三次大發展。
1869年門捷列夫發表元素周期律的時候，人們隻知道釔、鑭、釹、鐠、鉺、鋱這6種(後來才知道，後4種實際是一些元素的混合物)稀土元素，門捷列夫無法將它們安排在適當的位置。而這6種元素“沒有座位”的處境，已經與每個元素都應該在周期表中有相應位置的原則相矛盾。更使人難辦的是，1880年發現了大量性質相近的稀土元素，這再次使人們不知所措。在這種情況下，有些化學家開始懷疑門捷列夫元素周期律是不是概括了所有元素的自然體係。更麻煩的是，究竟有多少種稀土元素，人們還不知道。
不過，這些問題在莫斯萊和玻爾之後都得到圓滿的解決。
那麼，那三對元素的原子量為什麼會被顛倒呢?這個問題在1932年英國物理學家查德威克(1891～1974)發現中子以後，才得到解決。原來，人們所說的“原子量”，隻不過是這種元素各種質子數相同、但中子數不同的“同位素”的“平均原子量”。這一發現還對周期表中“元素的位置”賦予了新的意義——一類質子數相同、中子數不同的元素應占有的同一個位置。
同位素的發現，還使人想起了一件趣事。
1814年，英國的青年醫生普勞特(1786～1850)認為，各種元素的原子都是由不同數目的氫原子組成的，所以各種元素的原子量都應該是氫的原子量的整數倍——氫原子是最基本和最簡單的物質。
讚成和反對普勞特假說的兩派爭論了一個世紀。那時候，人們都相信英國科學家道爾頓(1766～1844)提出的觀點：同種元素的原子，質量完全一樣。
但是，當瑞典化學家柏采利烏斯(1779～1848)仔細測定了各種元素的原子量後，發現不少元素的原子量並不是氫的原子量的整數倍。例如，氯的原子量是35．5，就不是整數。反對派們以實驗為根據，宣布普勞特的假說是胡說。
當1919年盧瑟福打開了原子核，發現裏麵有質子，質子就是氫原子核的時候，普勞特的假說得到了證實，而道爾頓的觀點卻錯了。
從20世紀30年代以來，1～92號(即從氫到鈾)元素中最後4個不穩定元素的發現，以及超鈾元素的合成和超重元素穩定島假說的提出，完成了元素周期表的第四次大發展。
元素周期表的形式，也有長式、短式之分，電子排布式環形元素周期表也被製作出來。
科學家們已經開始建立不隻是元素的，而且是化合物或分子的周期表。當然，在1862年英國化學家紐蘭茲(1837～1898)也有過這種思想——他提出了有機分子的周期表。
據報道，諸如在獨居石、隕石等特殊物質中已經發現了第116、126、128號等元素，它們將繼續填充著也許是沒有盡頭的元素周期表。
此外，在2005年，美國賓夕法尼亞大學的物理學家威爾福德·卡斯德曼和弗吉尼亞州立聯邦大學的物理學家石弗·卡納，用“激光蒸汽法”製造出一種有13個鋁原子(和1個額外電子)的原子團簇。這是一種“超原子”的化學構建基石——它表現得像一個原子一樣。根據這個發現，人們有可能再次修改元素周期表。
卡斯德曼等人的新發現，還有可能製造出一些新材料，用來增大火箭燃料的功率。而他們準備製造的類似團簇(14個鋁原子)，則可能是更輕和更加有效的傳導材料，從而建造出更好的電子和光學裝置。
門氏元素周期律和周期表，走過了100多年的水千條山萬座，終於在無數先賢艱苦的創新之後變得“麵目全非”——得到了破繭出蝶的美麗。