创立原子学说。1303年继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说，提出原子学说，其要点：（１）化学元素由不可分的微粒—原子构成，它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。（２）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素的基本特征之一。（３）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍比定律。如果一种元素的质量固定时，那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。

最先从事测定原子量工作，提出用相对比较的办法求取各元素的原子量，并发表第一张原子量表，为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。

建议用简单的符号来代表元素和化合物的组成。

此外，道尔顿在气象学、物理学上的贡献也十分突出。他是一个气象迷，自1787年在担任初中物理教员时开始连续观测气象，从不间断地坚持了56年，一直到临终前几小时为止，他的全部记录超过20多万条。27岁时出版了《气象观测与研究》一书。书中描绘了气压计、温度计、湿度计等一起装置，巧妙地分析了降雨和云的形成过程、水蒸发过程、大气层降水量的分布等现象，深受读者喜爱。1801年还提出气体分压定律，即混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。他还测定水的密度和温度变化关系和气体热膨胀系数相等等。遗憾的是道尔顿曾固执地反对为他解围的阿伏加德罗分子学说而传为“笑话”。

道尔顿一生宣读和发表过 l16篇论文，主要著作有《化学哲学的新体系》两册。

为了把自己毕生精力献给科学事业，道尔顿终生未婚，而且在生活穷困条件下，从事科学研究，英国政府只是在欧洲著名科学家的呼吁下，才给予养老金，但是道尔顿仍把它积蓄起来，奉献给曼彻斯特大学用作学生的奖学金。道尔顿一生正如恩格斯所指出的：化学新时代是从原子论开始的，所以道尔顿应是近代化学之父。

化学是在近代兴起的一门学科，无数的科学先驱者为这门学科奠定了理论基础，英国物理学家、化学家约翰·道尔顿就是其中的一位。道尔顿既具有敏锐的理论思维头脑，又具有卓越的实验才能，尤其是在对原子的研究方面取得了非凡的成果，因而被称为“近代化学之父”，成为近代化学的奠基人。

道尔顿在化学方面提出了定量的概念，总结出质量守恒定律、定比定律和化合量（当量）定律。在此基础上，1803年又发现了化合物的倍比定律，提出了元素的原子量概念，并制成最早的原子量表。