La legge delle proporzioni definite, spiegata per la prima volta alla fine del 1700 dal chimico Joseph Proust, è il fondamento della comprensione delle combinazioni chimiche da parte della scienza moderna. Dice che, in qualsiasi volume o massa, gli elementi di un composto chimico manterranno la loro proporzione stabilita. Ad esempio, un composto chimico comunemente noto è l’acqua pura, composta da idrogeno e ossigeno nella formula H2O. La legge delle proporzioni definite dice che indipendentemente dalla quantità d’acqua – che sia un bicchiere, un barile per la pioggia o un contagocce – il rapporto tra idrogeno e ossigeno sarà sempre una parte di idrogeno per otto parti di ossigeno. Questa legge si applica alle proporzioni di quasi tutti i composti chimici.
Proust scoprì la legge mentre conduceva esperimenti per determinare le formule dei composti chimici. I suoi esperimenti per un periodo di sei anni erano inizialmente su composti metallici e le sue conclusioni differivano dalla scienza consolidata dell’epoca. Le scoperte di Proust furono fortemente contestate da altri scienziati. Si ritiene che questa reazione fosse dovuta alla confusione da parte della maggior parte degli scienziati del XVIII secolo sulle differenze tra composti chimici puri e misti.
Uno scienziato che non era in disaccordo con Proust era John Dalton, che allo stesso tempo stava sviluppando la sua teoria della legge delle proporzioni multiple. Venendo al principio da una strada diversa, notò che quando i composti venivano prodotti usando metodi diversi, i loro rapporti erano direttamente proporzionati agli elementi composti originali. Inoltre, ha affermato che questi rapporti erano sempre espressi come numeri interi. Quando udì la legge delle proporzioni definite di Proust, si rese conto che questa legge, combinata con la legge delle proporzioni multiple, costituiva la base della prima teoria atomica, che spiegava il comportamento degli atomi secondo leggi fisse.
Oggi gli scienziati considerano la legge delle proporzioni definite una scoperta scientifica critica. Tuttavia, non è universalmente vero. Ci sono alcuni composti chimici che si combinano al di fuori delle strette proporzioni di questa legge. Nel XVIII secolo la sperimentazione non era così precisa come sarebbe diventata nei secoli successivi; le misurazioni non sono state riportate con sufficiente esattezza per notare variazioni tra gli elementi conosciuti in quel momento. Inoltre, gli isotopi e le loro influenze sui composti non erano ancora stati scoperti. Considerare l’impatto degli isotopi leggeri e pesanti nell’analisi dei pesi atomici può spiegare le eccezioni alla regola.