1869年春季快来的时候，元素的自然系统已经排好了，后来门捷列夫又深入研究了表中的一切细节，向俄罗斯理化学会提出了报告。他的发现，大致如下：
所有化学元素可以排成一个自然的行列，这个行列以原子最简单的最轻元素氢为排头，它的原子量为1，以原子最重的金属铀为排尾，它的原子量为238(3)，至于原子量逐渐庞大的一切其余元素，可以按“年龄”排在排头与排尾中间，任何一种元素的一切性质，譬如它的外形，它的稳定性，它和其他物质化合的能力，以及它的所有化合物的性质，都是由它在这个行列中所占的位置来决定的。
也真有趣：按照原子量排列的那么多元素又会自动形成一些互相类似的组，或同类元素的族。
打个比方，有一群高低不同的人，穿着颜色不同的外衣，乍看时，这里的一切都是偶然的，漫无秩序的，花花绿绿的，可是，一声口令，叫大家严格按照高低站队，这时候就出现了一种意外的巧合：队伍按高低排好，花花绿绿的现象也就自然消失，现在人们的服色按照一定的顺序重复了，头7个身量最小的人，依顺序穿着红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色的衣服，第二批7个人的服色也是这种顺序，第三、第四，直到末尾身量最大的7个人全都这样。
每隔7个人，服色重复一次。如果让第二批7个人排在第一批7个人的后头，第三批、第四批……7个人也都依次往后排，那么，以前那花花绿绿的一群人就分别排成了红、橙、黄等7个小队。而同时，这整个大队又都是严格按照身量的高低看齐的，换句话说，前排左边那人身量最低，后排右边那人身量最高。
门捷列夫把元素按原子量排列的时候，他在元素当中发现的次序就和上例大致相仿。
元素们的性质，每隔7个元素周期性地重复出现一次，类似的元素总要“鱼贯”地排成一小队或一族。
例如，原子量为7的轻元素锂是紧跟在氢后面的第二个元素；原子量为23的钠是氢后第九个元素，它和锂一样，也是金属，也很轻，也那么活泼、易燃，也那么容易和别的元素化合；原子量为40的钾，是第十六个元素，它也是轻而易燃的金属。此后，每经过一个有规则的间隔或周期，就有一种碱金属自动排到这一族里来：先是铷（原子量为85.5），后是铯（原子量为133）。
在这族最轻的金属中，元素的性质是逐个衍变的。锂最轻，同时也最“安静”：它落到水里，只发热，发出“咝咝”声，可并不像钾或铯那样着火，锂在空气里也比它的同族兄弟们“锈”得慢些。钠呢，比锂更活泼，钾还要活泼些，而行尾那个最重的铯，就比无论哪一个弟兄都更容易跟别的物质化合。铯在空气里真是一秒钟也不能待，立刻就要自己燃烧起来。
一切元素都要分成类似的多少有着亲缘关系的组或族，而且每一族里的元素的性质，乃至它们的无数化合物的性质，都要按照严格的顺序而逐渐衍变，也就是说，随着原子量的递增而渐变。
这样，那乍看好像杂乱无章的物质世界，就显出了惊人的统一性。外在的多样性似乎是偶然的，门捷列夫已经在它后面看出了内在的一致性，铁一般的规律性，于是他给这种规律性取名叫周期律。
