Das Gesetz der bestimmten Proportionen, das erstmals Ende des 1700. Jahrhunderts von dem Chemiker Joseph Proust erklärt wurde, ist die Grundlage für das Verständnis chemischer Kombinationen durch die moderne Wissenschaft. Es besagt, dass die Elemente einer chemischen Verbindung in jedem Volumen oder jeder Masse ihr festgelegtes Verhältnis beibehalten. Eine allgemein bekannte chemische Verbindung ist beispielsweise reines Wasser, das aus Wasserstoff und Sauerstoff in der Formel H2O besteht. Das Gesetz der bestimmten Proportionen besagt, dass unabhängig von der Wassermenge – sei es ein Glas, eine Regentonne oder eine Pipette – das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff immer ein Teil Wasserstoff zu acht Teilen Sauerstoff beträgt. Dieses Gesetz gilt für die Anteile fast aller chemischen Verbindungen.
Proust entdeckte das Gesetz, als er Experimente durchführte, um die Formeln chemischer Verbindungen zu bestimmen. Seine Experimente über einen Zeitraum von sechs Jahren bezogen sich zunächst auf Metallverbindungen, und seine Schlussfolgerungen wichen von der etablierten Wissenschaft der Zeit ab. Prousts Entdeckungen wurden von anderen Wissenschaftlern stark bestritten. Es wird angenommen, dass diese Reaktion auf die Verwirrung der meisten Wissenschaftler des 18. Jahrhunderts über die Unterschiede zwischen reinen und gemischten chemischen Verbindungen zurückzuführen ist.
Ein Wissenschaftler, der Proust nicht widersprach, war John Dalton, der gleichzeitig seine Theorie des Gesetzes der multiplen Proportionen entwickelte. Von einem anderen Weg zum Prinzip kommend, bemerkte er, dass wenn Verbindungen mit unterschiedlichen Methoden hergestellt wurden, ihre Verhältnisse direkt proportional zu den ursprünglichen zusammengesetzten Elementen waren. Außerdem behauptete er, diese Verhältnisse seien immer als ganze Zahlen ausgedrückt. Als er das Proustsche Gesetz der bestimmten Proportionen hörte, erkannte er, dass dieses Gesetz in Verbindung mit dem Gesetz der multiplen Proportionen die Grundlage der frühesten Atomtheorie bildete, die das Verhalten von Atomen nach festen Gesetzen erklärte.
Heute betrachten Wissenschaftler das Gesetz der bestimmten Proportionen als kritische wissenschaftliche Entdeckung. Es ist jedoch nicht allgemein wahr. Es gibt einige chemische Verbindungen, die sich außerhalb der strengen Proportionen dieses Gesetzes kombinieren. Im 18. Jahrhundert war das Experimentieren nicht so präzise wie in späteren Jahrhunderten; Messungen wurden nicht mit ausreichender Genauigkeit gemeldet, um Variationen zwischen den damals bekannten Elementen zu erkennen. Außerdem waren Isotope und ihre Einflüsse auf Verbindungen noch nicht entdeckt worden. Die Berücksichtigung des Einflusses leichter und schwerer Isotope in die Analyse der Atomgewichte kann die Ausnahmen von der Regel erklären.