De sa théorie atomique, John Dalton déduisit une hypothèse au sujet de la composition de corps composés formés par les mêmes éléments: Carbone et oxygène forment deux corps composés, à savoir le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone:
Pour un atome C il y a deux atomes O dans le dioxyde de carbone, alors qu'il n'y en a qu'un dans le monoxyde de carbone. Donc, pour un nombre donné d'atomes C (une même masse de C !), il faut qu'il y ait deux fois plus d'atomes (une masse double !) de O dans le dioxyde de carbone que dans le monoxyde de carbone. Pour d'autres corps composés formés par les mêmes éléments, un raisonnement semblable doit aussi être valable, par exemple: Azote et oxygène forment trois corps composés courants, à savoir le monoxyde d'azote, le monoxyde de diazote et le dioxyde d'azote:
Pour deux atomes N on aura deux atomes O dans le monoxyde d'azote (prendre deux molécules), un dans le monoxyde de diazote et quatre dans le dioxyde d'azote (prendre deux molécules). Donc, pour une même masse de N, il faut il faut que les masses de O soient dans le rapport 2 : 1 : 4 !
Deux corps composés sont formés par les mêmes éléments, alors: Le rapport des masses d'un même élément de ces deux corps qui se lie à des masses égales de l'autre élément doit être un nombre simple.
Pour vérifier la loi de Dalton, on décompose les corps composés en question et on pèse les éléments séparément, par exemple
Rapport des masses d'oxygène: 2,28 : 1,14 : 0,571 soit 4 : 2 : 1