也許人類天生就有將淩亂的知識材料整理、組織、係統化的渴求。元素周期律的發現史充分展現了人們追求真理時不倦的探索精神和堅韌不拔的毅力。
十九世紀初，戴維用電解法和熱還原法製得了鉀、鈉、鎂、鈣、鍶、鋇、硼和矽，並證明了那種黃綠色的氣體是元素氯而不是所謂的“氧化鹽酸”。戴維使元素的種類增加了九種。在這前後，法拉第的好友、曾與戴維競選英國皇家學會主席的武拉斯頓製得了銠和鈀；貝采裏烏斯發現了鈰、硒和釷；庫特瓦用濃硫酸處理海藻灰母液，製得了單質碘；本生的老師斯特羅邁耶用煙怠還原氧化鎘製得金屬鎘；首先合成並研究尿素的維勒用金屬鉀還原無水氯化鋁，製得了純淨的金屬鋁；溴是用氯氣氧化製得的。十九世紀上半葉，由於化學分析方法的豐富，人們還發現了鉭、鋨、銥、鋰、釩、鑭、铌、釕、鋱、鉺。及至本生和基爾霍夫創造光譜分析法，在1860年到1863年的四年間人們發現銫、銣、鉈、銦四種元素，掀起了元素發現的又一個高潮。到此，人們已經發現了63種元素。
在對物質、元素的廣泛研究中，關於各種元素的性質的資料，積累日愈豐富，但是這些資料卻是繁雜紛亂的，人們很難從中獲得清晰的認識。整理這些資料，概括這些感性知識，從中摸索總結出規律，成為當時化學家麵前一個急待解決的課題。
道爾頓提出科學原子論之後，許多化學家都把測定各種元素的原子量當作一項重要工作，並逐漸明確了原子價（化合價）的概念。這樣就使元素原子量與性質（包括化合價）之間存在的聯係逐漸展露出來。早在1829年，德國化學家德貝萊納就提出了“三元素組”觀點。他把當時已知的54種元素中的15種，分成5組，指出每組的三種元素性質相似，而且中間元素的原子量等於較輕和較重的兩個元素原子量之和的一半。例如鈣、鍶、鋇，性質相似，鍶的原子量大約是鈣和鋇的原子量之和的一半。氯、溴、碘以及鋰、鈉、鉀等元素也有類似的關係。然而這樣的關係即使是當時的54種元素也不能普遍適用，所以沒有引起化學家們的重視。
1862年，法國礦物學家尚古多提出一個“螺旋圖”的分類方法。他將已知的62種元素按原子量的大小順序標記在繞著圓柱體上升的螺旋線上，這樣某些性質相近的元素恰好出現在同一母線上。因此他第一個指出了元素性質的周期性變化。但是他沒有區分主族和副族，一些性質迥異的元素，如硫和鈦、鉀和錳都跑到同一條母線上了。
兩年內尚古多先後把有關的三篇論文、圖表、模型送交巴黎科學院，都遭到了拒絕。直到元素周期律已被普遍接受的1889年，他的報告才得到出版。
1865年，英國工業化學家紐蘭茲提出了“八音律”。他把當時已知的元素按原子量遞增順序排列成表，發現元素的性質有周期性的重複，第八個元素與第一個元素性質相近，就好像音樂中八音度的第八個音符有相似的重複一樣。紐蘭茲這個表的前兩個縱列相應於現代周期表的第二、三周期，但從第三縱列以後就不能令人滿意了，有六個位置同時安置了兩種元素，還有些順序考慮到元素的性質而大膽地顛倒了，但並不恰當。紐蘭茲沒有充分估計到原子量值會有錯誤，更沒有考慮到那些未被發現的元素應該預先留出空位。他隻是機械地將元素按原子量大小的順序連續地排列起來。結果錳和氮、磷、砷排成了性質相似的一排；鈷和鎳在氯、溴之間，也屬於了鹵素。這樣做把事物內在的本質規律掩蓋起來了。
當時紐蘭茲的同行、英國化學家們普遍把八音律斥之為幼稚的滑稽戲，佛斯特教授甚至挖苦說：“為什麼不按元素的字母順序排列呢？那樣，也許會得到更加意想不到的美妙效果。”紐蘭茲因而對理論問題的研究感到失望，轉而研究製糖工藝。
從“三元素組”到“八音律”（期間包括多位化學家的探索）都從不同的角度，逐步深入地探討了各元素間的某些聯係，使人們一步步逼近了科學的真理。然而探索者的腳步卻是歪歪斜斜、迂回曲折的，甚至成為冷眼旁觀者的笑料。
在這些探索者中，邁耶爾第一個區分了主族和副族元素。