Хімічна сполука, за його вченням, є сукупністю «складних» (або «складених») атомів, які містять певні, характерні лише для даної складної речовини кількості атомів кожного елемента. Дальтон склав першу таблицю атомних мас, але з огляду на те, що його уявлення про склад молекул часто спиралися на довільні припущення, які ґрунтувалися на принципі «найбільшої простоти» (наприклад, для води він прийняв формулу ), ця таблиця виявилася неточною.