当甲、乙两种元素相互化合，能生成几种不同的化合物时，则在这些化合物中，与一定量甲元素相化合的乙元素的质量必互成简单的整数比，这一结论称为倍比定律。

例如铜和氧可以生成氧化铜和氧化亚铜两种化合物。 在氧化铜中，含铜80%，含氧20%，铜与氧的质量比为4∶1。在氧化亚铜中，含铜88.9%，含氧11.1%，铜与氧的质量比为8∶1。由此可见，在这两种铜的氧化物中， 与等量氧化合的铜的质量比为1∶2，是一个简单的整数比。

19世纪初，J·道尔顿按原子概念推论，提出了倍比定律(Law of multiple proportions)，并用实验证明了这一定律，这是人们承认原子学说的重要依据。各元素总是按一定的质量比例相互化合，这是因为该化合物的分子总是由一定数目的一种元素的原子与一定数目的另一种元素的原子结合而成的，而各种元素的原子的质量是一定的。如果一种元素的一个原子不仅可以与另一种元素的一个原子化合形成一种化合物，而且也可以与另一种元素的两个、三个原子形成几种不同的化合物，由于第二种元素的原子量都是相同的，因此，与一定质量的第一种元素（例如一个原子）相化合的第二种元素的质量就成简单的整数比，如1∶2，1∶3等。这一定律也为J·J·贝采利乌斯的实验证实。

1800年，戴维在一家实验室测定了三种氮的氧化物的重量组成，即N20、NO、NO2。经过换算，此三种气体中，与相同量的氮相结合氧重量比为1：2.2：4.1，即约为1：2：4。然而，可惜的是戴维并未进行此种换算。

1803年，道尔顿也曾分析过两种碳的氧化物-CO、CO2，测定出两种气体中碳与氧的重量比分别为5.4：7和5.4：14。道尔顿注意到了两种氧之重量比为1：2。在这一年，道尔顿以大气的物理学研究为根据，正在思考其原子学说，同时他也根据其原子论观点意识到他的学说本身就有倍比定律的含义。我们说，道尔顿的原子学说推理的一个必然结果就是倍比定律，同样，他也更期待这一定律的确立，那样，他的原子学说就多了一个有力的证明。因此，他也有意识地进行着倍比定律的研究。

1804年，道尔顿又分析了沼气，知道与同量碳相结合的氢的重量之比2：1。随后，他明确地提出了倍比定律，并以此论证其原子学说。道尔顿指出，当相同的两元素可以生成两种或两种以上的化合物时，如果其中一元素的重量恒定，那么另一元素在各化合物中的相对重量有简单的倍数比。

在此之后，贝采里乌斯也做了许多与道尔顿类似的试验，得来了许多较为精确的数据，其结果与道尔顿的结果基本相符，证实了倍比定律的正确性。这一工作，使道尔顿的倍比定律有了一块坚实的基石。

在贝采里乌斯之后，1840年，斯达和杜马对多种化合物中元素的相对质量之间进行了极为严格的测定，得出了与贝采里乌斯一样的结果。这样，倍比定律更加牢固，而原子学说也因此在相当长一段时间内无人质疑。