إن الكثير مما هو معروف عن العناصر قد عرَفه العلماء من طريقة تفاعُلها مع عناصر أخرى، ومن خواص ارتباطها. والفلزات الواقعة في الجانب الأيسر من الجدول الدوري التقليدي هي الأضداد التكامُلية للَّافلزات، التي تميل لأن تقع تجاه الجانب الأيمن، وسبب هذا — بالمصطلحات الحديثة — أن الفلزات تكوِّن أيونات موجبة عن طريق فقدان الإلكترونات، بينما تكتسب اللافلزاتُ الإلكتروناتِ لتكوِّن أيوناتٍ سالبةً، وهذه الأيونات المتضادة في شحناتها تتَّحِد معًا لتكوِّن أملاحًا متعادلة الشحنة مثل كلوريد الصوديوم أو بروميد الكالسيوم. وهناك المزيد من الأوجه التكاملية للفلزات واللافلزات؛ إذ تذوب أكسيدات أو هيدروكسيدات الفلزات في الماء لتكوِّن قواعد، بينما تذوب أكسيدات أو هيدروكسيدات اللافلزات في الماء لتكوِّن أحماضًا، ويتفاعل الحمض والقاعدة معًا في تفاعل «تعادلي» لتكوين ملح وماء، وهكذا نجد القواعد والأحماض — تمامًا مثل الفلزات واللافلزات التي تتكوَّن منها — متضادة أيضًا ولكنها متكاملة.

للأحماض والقواعد ارتباطٌ بأصول الجدول الدوري؛ إذ إنها برزت بوضوح في مفهوم الأوزان المكافئة، الذي استُخدِم في البداية في ترتيب العناصر وتنسيقها، فالوزن المكافئ لأي فلز معين، على سبيل المثال، قد تم الحصول عليه أصلًا من كمية الفلز التي تتفاعل مع كمية محدَّدة من حمض قياسي وقع عليه الاختيار. وقد تم تقسيم مصطلح «الوزن المكافئ» بالتبعية ليدل على الكمية الخاصة بعنصرٍ ما التي تتفاعل مع كمية قياسية من الأكسجين. ومن الناحية التاريخية كان ترتيب العناصر عبر الدورات يتجدَّد بالوزن المكافئ، ثم بعد ذلك بالوزن الذري، وفي نهاية الأمر بالعدد الذري (المشروح فيما يلي).

وقد بدأ علماء الكيمياء في عقد مقارنات كميَّة فيما بين كميات الأحماض والقواعد التي تتفاعل معًا، وهذا الإجراء تم بسطه بعدها ليشمل التفاعلات بين الأحماض والفلزات، وهذا أتاح لعلماء الكيمياء أن يرتِّبوا الفلزات على أساس عددي تبعًا لأوزانها المكافئة، التي هي بالتحديد — كما ذُكِر توًّا — كمية الفلز التي تتَّحِد مع كمية محددة من الحمض.

وقد تم لأول مرة التوصُّل إلى الأوزان الذرية، باعتبارها تختلف عن الأوزان المكافئة، في مستهل القرن التاسع عشر على يد جون دالتون، الذي استدل عليها على نحوٍ غير مباشِر من قياسات لكتل عناصر تتَّحِد معًا. ولكن كان ثمة تعقيداتٌ في هذه الطريقة التي تبدو بسيطة، أجبرَتْ دالتون على أن يضع افتراضات للصيغ الكيميائية للمركبات التي تحوم حولها التساؤلاتُ، وكان مفتاح تلك التساؤلات هو تكافؤ العنصر، أو قدرته الارتباطية؛ فعلى سبيل المثال: ترتبط ذرة أحادية التكافؤ مع ذرات الأكسجين بنسبة 1 : 1، بينما ترتبط ذرة ثنائية التكافؤ مثل الأكسجين بنسبة 2 : 1، وهكذا.

أحيانًا يُعتبَر الوزن المكافئ كما ذُكِر أعلاه مفهومًا تجريبيًّا صرفًا؛ إذ لا يبدو أنه يعتمد على ما إذا كان المرء يؤمن بوجود الذرات أم لا. وعقب خروج الأوزان الذرية إلى النور، حاول الكثيرون من علماء الكيمياء، الذين شعروا بعدم الارتياح حيال فكرة الذرات، أن يعودوا إلى المفهوم السابق؛ أي للأوزان المكافئة، واعتقدوا أن الأوزان المكافئة ستكون مستنِدةً إلى التجربة العملية على نحوٍ خالص؛ ومن ثَمَّ أكثر أهليةً للثقة. ولكن كانت آمالهم أوهامًا؛ إذ ارتكزتِ الأوزانُ المكافئة أيضًا على افتراض صِيغ كيميائية معينة للمركبات، وتلك الصيغ هي أفكار نظرية.

وعلى مدى العديد من الأعوام، كان ثمة قدرٌ كبير من البلبلة الناتجة عن حرية الاختيار؛ ومن ثَمَّ الاستخدام المتبادل لأيٍّ من الوزن المكافئ أو الوزن الذري، ولقد افترض دالتون نفسه أن الماء يتكون من ذرة واحدة من الهيدروجين متحدة مع ذرة واحدة من الأكسجين، ولكن تخمينه عن تكافؤ الأكسجين تبيَّن أنه تخمين خاطئ. وقد استخدم مؤلفون كثيرون مصطلحَي «الوزن المكافئ» و«الوزن الذري» بالتبادل، مما زاد من حالة الارتباك. ولم تتحدَّد العلاقة الحقيقية بين الوزن المكافئ والوزن الذري والتكافؤ بوضوحٍ قبل عام 1860، الذي عُقِد فيه أول مؤتمر علمي كبير في مدينة كارلسروه بألمانيا، وأدَّى هذا التوضيحُ والإقرار العام للأوزان الذرية المؤكدة، إلى تمهيد الطريق للاكتشاف المستقل للمنظومة الدورية على يد ستة أشخاص في دول مختلفة، افترضوا أنماطًا من الجدول الدوري، وكانت ناجحة بدرجات متفاوِتة، وكلٌّ منهم وضع العناصر بصفة عامة مرتَّبة على أساس تزايُد الوزن الذري.

كان ثالث مفاهيم ترتيب العناصر، كما ذكرنا آنفًا، وأحدثها هو العدد الذري، فما إن تمت معرفة مفهوم العدد الذري، حتى أزاح الوزنَ الذري باعتباره المبدأ المرتَّب للعناصر، فلم يَعُدِ الأمر يعتمد على تجميع الأوزان بأي حال؛ إذ يمكن الكشف عن العدد الذري بطريقة مجهرية بسيطة من خلال بنية الذرات لأي عنصر. ويتم التوصُّل إلى العدد الذري للعنصر عن طريق عدد البروتونات؛ أي وحدات الشحنة الموجبة، في نواة أيٍّ من ذراته، وهكذا فإن كل عنصر في الجدول الدوري به بروتون أَزْيد من العنصر السابق عليه، ونظرًا لأن عدد النيوترونات في النواة يميل أيضًا للزيادة كلما تنقَّلْنا خلال الجدول الدوري، فهذا يجعل العدد الذري والوزن الذري متناظرين تقريبًا، ولكن العدد الذري هو الذي يُستعمَل لتحديد هوية أي عنصر بعينه. بتعبير آخَر: إن ذرات أي عنصر معين دائمًا ما يكون لديها نفس عدد البروتونات، ولكن يمكن أن تختلف في عدد النيوترونات التي تحتوي عليها، وهي صفة تنتج عنها ظاهرةُ النظائرية، وتُسمَّى تلك الأنواع المختلفة ﺑ «النظائر».