面对已知的六十余种元素，所有的化学家都想整理出一套体系，但只有一个人成功了：他制作了一张有诸多留白的表格，仿佛一道待解的数独。而他从未声称自己理解这张表的结构和周期性的含义。
人们在研究化学时，都会用到元素周期表。毫无疑问，假如哪天人类和地球之外的生命取得了联系，两种智慧文明的共同点中肯定包含一个排列有序、为人熟知的元素表。在亚里士多德的引领下，古希腊哲学家相信，以各种形式存在、组成我们周遭世界的物质都可以由四种基本物质概括，即土、火、气、水。在17世纪之前，这种质朴的观念一直都被尊崇为事实，直到由炼金术衍生的化学让人们发现了其他元素的存在。
化学中的“元素”概念最早是由罗伯特·玻意耳提出的：不能再用物理过程继续分解的物质就是元素。此后，法国化学家安托万－洛朗·德·拉瓦锡在1789年正式为元素命名。拉瓦锡挑选了33种物质，给它们定义了元素状态，并将其分成四组：金属、非金属、土及气体。后来，人们发现其中一些元素其实是化合物，另一些元素，如热和光，甚至不是化学物质。
之后，一位来自英国曼彻斯特的科学教师在此研究的基础上更进了一步。1805年，约翰·道尔顿向曼彻斯特文学和哲学学会递交了一份论文，解释了元素互相结合的各种方式，以及基本成分如何形成了不同重量。当时，大多数化学家认为原子太小了，没办法研究。但是道尔顿更具冒险精神，他提出了一个含有20种元素及其重量的表格，并标注了能表现它们如何组合的符号。
新元素不断被发现，汉弗里·戴维用电解法将拉瓦锡最初提出的“土组元素”分解成真实的元素。1863年已经有超过60种元素。元素“大爆炸”是否有一个极限呢？在19世纪，很多人勇敢地尝试从元素重量、属性等角度对其进行分类。当时所有最优秀的化学家都会建立一个类似的体系。但是，他们无一例外都被一位来自西伯利亚的俄国化学教授击败了。
迪米特里·伊万诺维奇·门捷列夫于1822年出生在西伯利亚的托波尔斯克当地一所小学校长家中，他有13个兄弟姐妹。门捷列夫的母亲坚信这个儿子具有特殊的才能，应该接受所有可能的优质教育，所以，她把儿子送到了圣彼得堡上学。她是对的。在大学期间，门捷列夫的学习成绩一直名列前茅。之后，他去了法国工作，然后又去了德国海德堡，担任当时如日中天的德国化学家罗伯特·本生的助手。
最终在1867年，门捷列夫回到了圣彼得堡，在大学担任化学教授。
1867年春季的一天，门捷列夫因天气不佳待在家中，只好借机继续撰写一本名为《化学原理》的新教科书。他不知该如何展示和排列数量激增的元素及其属性。于是，他把每个元素的名字都写在一张卡片上，旁边还标注了相应元素的一些属性，以及氧化物和氢化物。
然后，他开始用各种各样的方式排列卡片，试图找到一种模式：横排摆放具有相同化合价的元素，竖排按原子量降序排列元素。忽然，他发现了一种非常有特色的排列方式。他在一个旧信封的背面记下了结果，人们今天仍然可以在圣彼得堡见到这个信封。
接下来，门捷列夫发明了一个更简洁的版本。他把从锂到氟这头7个元素按照原子量递增的顺序横向排列，然后，从钠到氯这7个元素也按同样方式排列。
于是，周期性出现了：在纵列里，两个化学性质相近的元素挨在一起，在7列条目中，第一列元素的主化合价是1，下一列元素的主化合价是2，然后分别是3、4、3、1。接下来，门捷列夫很快发现，如果翻转表格，交换行与列，表格就会更清晰。我们现在也可以辨认出这一结果，尽管今天的表格里已经填充了很多新元素。
门捷列夫的表格所展示的成果有一个直觉上的重大贡献，即预测新元素的存在。
他并没有像其他人那样，把所有已知元素都放在一个完整的元素周期表中。如果是亚里士多德，他肯定会这么干的。门捷列夫认为，如果周期表拥有一个合乎逻辑的结构，就意味着表里可能会存在空白。他推测，新元素会填充这些空白，利用表格的周期性可以预测原子量和原子的密度。在硼、铝、硅之下，他推测出3个“未发现”元素，将其命名为“类硼”“类铝”和“类硅”。
这3个元素之后被接连发现，而且其原子量和密度都与门捷列夫的预测一致。
1893年，门捷列夫成为俄国度量局的主管，并做出了令人钦佩的贡献。他正式定义了伏特加酒的成分：一分子的酒加两分子的水。分子量显示伏特加酒的组成是38%的酒精和62%的水。1894年，俄国度量局发布的合法标准把这一数字略微调整到40%的酒精和60%的水。这是80%的美标酒度。
我们从元素的一个属性中就能看出元素表的周期性，比如用原子体积除以原子量。这是由尤利乌斯·迈耶尔在1870年最早发现的。碱金属出现在图表的最上端。门捷列夫从没有声称自己理解这个表的结构和周期性的含义。这是一次直觉上的伟大飞跃。他相信，这些元素拥有一种内在的对称结构，但未曾想自己的表格还是一种方便的检索工具，最后使他做出极具戏剧性的发现和预测。
虽然门捷列夫没能发现眼前这些元素的规律，但他知道这张表会帮助其他人来完成这件事。
这张周期表的现代版本共分为7行（周期），每行分别放置了2、8、8、18、18、32、32个元素。在人们发现了原子的量子理论之后，这个模式就可以理解了。电子的量子波向本质意味着，只有整数倍波长才能让电子“装载”在周遭轨道上。周期表每行元素数量的增加，反映出每个原子的原子核周围轨道中的电子数量在增加。量子力学允许最内层轨道（称为壳层）含有两个电子，接着是6个，然后是10个和14个。
在由此得来的周期表中，每行中的元素数字就是在轨道上排满电子情况下的电子数，所以有8 = 2 + 6，18 = 2 + 6 + 10，32 = 2 + 6 + 10 + 14。每行中的元素根据原子序数升序排列，而在每列中，元素根据相同最外层电子数排列，这样就得到了元素周期表的现代形式。在每一行，我们在轨道上规律地加入电子，直到满员，最终得到的就是位于元素周期表最右边的惰性（也就是不活泼）气体。
然后，我们开启下一行，装填下一级的轨道。值得一提的是，门捷列夫在电子和质子被发现前就已经找到了这种模式。他研究了原子量（由元素原子核中的质子数决定）和化合价（由轨道上电子的完整度决定），并用这种简单方法找到了这两个化学性质的本质。
如今，门捷列夫的元素周期表出现在全世界每个化学实验室的墙壁上。看来，他母亲当年的决定是对的。