La loi des proportions définies, expliquée pour la première fois à la fin des années 1700 par le chimiste Joseph Proust, est le fondement de la compréhension par la science moderne des combinaisons chimiques. Il dit que, dans n’importe quel volume ou masse, les éléments d’un composé chimique maintiendront leur proportion définie. Par exemple, un composé chimique communément connu est l’eau pure, composée d’hydrogène et d’oxygène dans la formule H2O. La loi des proportions définies dit que quelle que soit la quantité d’eau – qu’il s’agisse d’un verre, d’un baril de pluie ou d’une pipette – le rapport de l’hydrogène à l’oxygène sera toujours d’une partie d’hydrogène pour huit parties d’oxygène. Cette loi s’applique aux proportions de presque tous les composés chimiques.
Proust a découvert la loi en menant des expériences pour déterminer les formules des composés chimiques. Ses expériences sur une période de six ans portaient initialement sur des composés métalliques, et ses conclusions différaient de la science établie de l’époque. Les découvertes de Proust ont été fortement contestées par d’autres scientifiques. On pense que cette réaction était due à la confusion de la plupart des scientifiques du XVIIIe siècle sur les différences entre les composés chimiques purs et mixtes.
Un scientifique qui n’était pas en désaccord avec Proust était John Dalton, qui en même temps développait sa théorie de la loi des proportions multiples. Venant au principe d’une voie différente, il a remarqué que lorsque les composés étaient fabriqués à l’aide de méthodes différentes, leurs rapports étaient directement proportionnels aux éléments composés d’origine. De plus, il a affirmé que ces ratios étaient toujours exprimés en nombres entiers. Lorsqu’il entendit la loi des proportions définies de Proust, il réalisa que cette loi, combinée à la loi des proportions multiples, formait la base de la première théorie atomique, qui expliquait le comportement des atomes selon des lois fixes.
Aujourd’hui, les scientifiques considèrent la loi des proportions définies comme une découverte scientifique critique. Ce n’est cependant pas universellement vrai. Certains composés chimiques se combinent en dehors des proportions strictes de cette loi. Au XVIIIe siècle, l’expérimentation n’était pas aussi précise qu’elle le deviendrait dans les siècles suivants ; les mesures n’ont pas été rapportées avec suffisamment d’exactitude pour remarquer des variations parmi les éléments connus à ce moment-là. De plus, les isotopes et leurs influences sur les composés n’avaient pas encore été découverts. La prise en compte de l’impact des isotopes légers et lourds dans l’analyse des poids atomiques peut expliquer les exceptions à la règle.