發現
19世紀60年代化學家已經發現了60多種元素，并積累了這些元素的原子量數據為尋找元素間的内在聯系創造必要的條件。俄國著名化學家門捷列夫和德國化學家邁錫尼等分别根據原子量的大小，将元素進行分類排隊，發現元素性質随原子量的遞增呈明顯的周期變化的規律。1868年，門捷列夫經過多年的艱苦探索發現了自然界中一個極其重要的規律——元素周期規律。這個規律的發現是繼原子-分子論之後，近代化學史上的又一座光彩奪目的裡程碑它所蘊藏的豐富和深刻的内涵，對以後整個化學和自然科學的發展都具有普遍的指導意義。1869年門捷列夫提出第一張元素周期表，根據周期律修正了铟、鈾、钍、铯等9種元素的原子量。他還預言了三種新元素及其特性并暫時取名為類鋁、類硼、類矽，這就是1871年發現的镓、1880年發現的钪和1886年發現的鍺。這些新元素的原子量、密度和物理化學性質都與門捷列夫的預言驚人相符，周期律的正确性由此得到了舉世公認。
發現史
1829年，德國德貝賴納在研究元素的原子量與化學性質的關系時，發現有幾個相似的元素組：①锂、鈉、鉀。②鈣、锶、鋇。③氯、溴、碘。④硫、硒、碲。⑤錳、鉻、鐵。同組元素的性質相似，中間元素的化學性質介于前後兩個元素之間，它的原子量也差不多是前後兩個元素的平均值。1862年，法國尚古多提出元素性質有周期性重複出現的規律，他創造了一種螺旋圖，将62個元素按原子量大小循序标記在繞着圓柱體上升的螺線上，可以清楚地看出某些性質相近的元素都出現在同一條母線上。1864年，英國W.奧德林發表了一張比較詳細的周期表，表中的元素基本上按原子量遞增的順序排列，體現了元素性質随原子量遞增會出現周期性的變化。他還在表中留下空位，認識到它們是尚未被發現但性質與同一橫列元素相似的元素。1865年，英國J.A.R.紐蘭茲把當時已發現的元素按原子量大小順序排列，發現從任意一個元素算起，每到第八個元素，就和第一個元素的性質相似，他把這個規律稱為八音律。對元素周期律的發展貢獻最大的當推俄國D.I.門捷列夫和德國J.L.邁爾。門捷列夫曾經收集了許多元素性質的數據，并加以整理，在這一過程中，他緊緊抓住元素的基本特征——原子量，探索原子量與元素性質的關系。他發現，如果把所有當時已知的元素按照原子量遞增的順序排列起來，經過一定的間隔，元素的性質會呈現明顯的周期性。1869年，他發表了第一張元素周期表，同年3月，他委托N.A.緬舒特金在俄羅斯化學會上宣讀了論文“元素屬性和原子量的關系”，闡述了周期律的基本要點：
①将元素按照原子量大小順序排列起來，在性質上呈現明顯的周期性。
②原子量的大小決定元素的特性。
③應該預料到許多未知元素的被發現。
④當知道了某元素的同類元素後，有時可以修正該元素的原子量。
在這張周期表中，有4個位置隻标出原子，在應該寫元素符号的地方卻打了一個問号。這是因為門捷列夫在設計周期表時，當他按原子量遞增的順序将元素排列到鈣（原子量為40）時，在當時已知的元素中，原子量比40大的元素是钛（原子量為50），這樣，鈣後面的一個元素似乎是钛。但是，門捷列夫發現，如果照這樣的次序排列，钛就和鋁屬于同一族，實際上钛的性質并不與鋁相似，而與鋁的後面一個元素矽相似，因此他斷定钛應該與矽屬于同一族，在鈣與钛之間應該存在着一個元素，雖然這個元素尚未被發現，但應該為它留出空位。根據同樣理由，他認為在鋅與砷、鋇與钽之間也應留下空位，因此他預言了原子量為45、68、70的3種未知元素的性質，并命名為類硼、類鋁、類矽。後來，這3種元素先後被發現，1875年布瓦博德朗發現的镓即類鋁，1879年L.F.尼爾松發現的钪即類硼，1886年C.溫克勒爾發現的鍺即類矽。這3種新發現的元素的性質與門捷列夫的預言很吻合，證明了周期律的正确性。1870年邁爾發表了一張元素周期表，指出元素的性質是原子量的函數，他所依據的事實偏重元素的物理性質。他對于族的劃分也比門捷列夫的周期表更加完善，例如将汞與镉、鉛與錫、硼與鋁列為同族元素。
内容
結合元素周期表，元素周期律可以表述為：元素的性質随着原子序數的遞增而呈周期性的遞變規律。
原子半徑
同一周期（稀有氣體除外），從左到右，随着原子序數的遞增，元素原子的半徑遞減；
同一族中，從上到下，随着原子序數的遞增，元素原子半徑遞增。
（注）：陰陽離子的半徑大小辨别規律
由于陰離子是電子最外層得到了電子而陽離子是失去了電子
所以，總的說來，同種元素的：
（1）陽離子半徑<原子半徑；
（2）陰離子半徑>原子半徑；
（3）陰離子半徑>陽離子半徑；
或者一句話總結，對于具有相同核外電子排布的離子，原子序數越大，其離子半徑越小。（不适合用于稀有氣體）
主要化合價
同一周期中，從左到右，随着原子序數的遞增，元素的最高正化合價遞增（從+1價到+7價），第一周期除外，第二周期的O、F（O，F無正價，除外）元素除外；
最低負化合價遞增（從－4價到－1價）第一周期除外，由于金屬元素一般無負化合價，故從ⅣA族開始。
元素最高價的絕對值與最低價的絕對值的和為8
金屬性、氧化性、氫化性、穩定性
同一周期中，從左到右，随着原子序數的遞增，元素的金屬性遞減，非金屬性遞增；
a.單質氧化性越強，還原性越弱，對應簡單陰離子的還原性越弱，簡單陽離子的氧化性越強；
b.單質與氫氣越容易反應，反應越劇烈；
c.其氫化物越穩定；
d.最高價氧化物對應水化物（含氧酸）酸性越強。
同一族中，從上到下，随着原子序數的遞增，元素的金屬性遞增，非金屬性遞減；
a.單質還原性越強，氧化性越弱，對應簡單陰離子的還原性越強，簡單陽離子的氧化性越弱；
b.單質與水或酸越容易反應，反應越劇烈；
c.單質與氫氣越不容易反應；
d.最高價氧化物對應水化物（氫氧化物）堿性越強。
此外還有一些對元素金屬性、非金屬性的判斷依據，可以作為元素周期律的補充：
為了達到穩定狀态，不同的原子選擇不同的方式。同一周期元素中，軌道越“空”的元素越容易失去電子，軌道越“滿”的越容易得電子。随着從左到右價層軌道由空到滿的逐漸變化，元素也由主要顯金屬性向主要顯非金屬性逐漸變化。
随同一族元素中，由于周期越高，電子層數越多，原子半徑越大，對核外電子的吸引力減弱，越容易失去，因此排在下面的元素一般比上面的元素金屬性更強。
意義
元素周期律是自然科學的基本規律，也是無機化學的基礎。各種元素形成有周期性規律的體現，成為元素周期律，元素周期表則是元素周期律的表現形式。
元素周期表是學習和研究化學的一種重要工具．元素周期表是元素周期律的具體表現形式，它反映了元素之間的内在聯系，是對元素的一種很好的自然分類．我們可以利用元素的性質、它在周期表中的位置和它的原子結構三者之間的密切關系來指導我們對化學的學習研究。
過去，門捷列夫曾用元素周期律來預言未知元素并獲得了證實。此後，人們在元素周期律和周期表的指導下，對元素的性質進行了系統的研究，對物質結構理論的發展起了一定的推動作用。不僅如此，元素周期律和周期表為新元素的發現及預測它們的原子結構和性質提供了線索。
元素周期律和周期表對于工農業生産也有一定的指導作用。由于在周期表中位置靠近的元素性質相近，這樣就啟發了人們在周期表中一定的區域内尋找新的物質。
元素周期律的重要意義，還在于它從自然科學方面有力地論證了事物變化中量變引起質變的規律性。
元素周期律和周期表，揭示了元素之間的内在聯系，反映了元素性質與它的原子結構的關系，在哲學、自然科學、生産實踐各方面，都有重要意義。
周期性規律
元素呈現種種物理性質上的周期性，例如随着元素原子序數的遞增，原子體積呈現明顯的周期性，在化學性質方面，元素的化合價、電負性、金屬和非金屬的活潑性，氧化物和氫氧化物酸堿性的變遷，金屬性和非金屬性的變遷也都具有明顯的周期規律。具體為：同一周期，核外電子層數相同；同一族，核外電子數相同（第一周例外）在同一周期中，這些性質都發生逐漸的變化，到了下一周期，又重複上一周期同族元素的性質。
應用
周期律在使化學知識特别是無機化學知識的系統化上起了重要作用，對于研究無機化合物的分類、性質、結構及其反應方面起了指導作用。周期律在指導原子核的研究上也有深刻的影響，放射性的位移定律就是以周期律為依據的，原子核的種種人工蛻變也都是按照元素在周期表中的位置來實現的。20世紀以後，新元素的不斷發現，填充了周期表中的空位，科學家在周期律指導下，還合成了超鈾元素，并發展了锕系理論。在原子結構的研究上，也獲得了殼層結構的周期規律。
還用于在過渡元素(包括稀土元素)中尋找各種優良催化劑。例如，人們已能用鐵、鎳熔劑作催化劑，使石墨在高溫和高壓下轉化為金剛石；石油化工方面，如石油的催化裂化、重整等反應，廣泛采用過渡元素作催化劑，特别發現少量稀土元素能大大改善催化劑的性能。在金屬與非金屬分界線附近尋找半導體材料，如：镓Ga,矽Si，硒Se等。在過渡元素中尋找耐高溫、耐腐蝕的合金材料，如用于制火箭和飛機的钛Ti,钼Mo等元素。
