La legge delle proporzioni definite di Proust è valida solo se dalla combinazione di due elementi si ottiene sempre lo stesso composto.

J. Dalton scoprì che ci sono casi in cui due elementi possono reagire anche secondo rapporti di combinazione diversi, ma in tal caso sono diversi anche i composti che si ottengono, come nel caso del carbonio e dell’ossigeno che possono reagire secondo due rapporti di combinazione differenti. La regolarità e la riproducibilità dei dato osservati da Dalton su numerosi altri composti lo portarono a formulare la legge delle proporzioni multiple che può essere così enunciata:

La quantità in peso di un elemento che si combina con una quantità costante di un altro elemento per formare composti diversi sono tra loro in rapporti esprimibili mediante numeri interi piccoli.