为了从杂乱的化学元素中找到一些秩序，门捷列夫将每一种化学元素写在一张小纸片上，并写上元素符号、原子量、元素性质等，然后将它们进行排列，如同玩扑克牌一 般。他按照原子量（该元素原子的平均质量）递增的顺序将这些元素排列后发现，如果 每8个元素另起一行，则恰能将具有相似属性的元素排在同一列内。
  在每一行中，元素属性都会重复出现，由此他称这些属性为“周期性的”，于是将这一幅纵横排列的表格 称之为“周期表”，也就是元素周期表。完成周期表后，门捷列夫甚至预见到元素周期 表中“失踪”的元素还有待发现，同时预言了这些化学元素的化学性质与物理性质，如 它们的原子量、熔点等。
  1875年，法国化学家保罗•勒科克•德•布瓦博德朗发现“类铝”元素（位于元素周期表铝元素的下方），并将其命名为“镓”（元素符号“Ga”）。1879年，瑞典 化学家拉尔斯•尼尔森发现“类硼”元素，其被命名为“钪”（元素符号“Sc”）。 1886年，德国化学家克莱门斯•温克勒发现“类硅”元素（位于元素周期表硅元素的下 方），并将其命名为“锗”（元素符号“Ge”）。
  门捷列夫的预言一一实现。到1914 年，在92号元素之前只有7个位置空缺着。原子序数为元素原子中的质子数量，现代元素周期表也采用按原子序数排列的方式进行排版。化学家引人中子数的概念（即原子核中的中子数量），并采用原子量作为原子相对质量表征原子属性。
  门捷列夫创造元素周期表后却无法解释元素性质的周期性排列问题，这仍有待于科学技术的发展，只有在科学家们理解原子结构，特别是理解了围绕原子核运行的电子的排列方式之后，才能解答这个问题。在20世纪中前期，化学家们逐渐意识到元素周期表事实上反映了元素的原子结构，以及电子是如何填充原子核外轨道的，因为所有的化学反应均有电子参与，特别是元素外层电子。
  
  于是元素周期表使得化学家们可以更加准确地预测哪些化学反应是可能存在的，而哪些化学反应是在实验室常态下根本就不存在的，哪些化学反应需要额外的条件例如高压、高温、催化剂等才能发生等。1955年，门捷列夫获得科学界最高荣誉，科学家将发现的第101号元素命名为“钔”（元素符号“Md”），以纪念门捷列夫为科学界所作出的伟大贡献。