Hij merkte op dat toen elementen werden gerangschikt in volgorde van toenemende atoommassa, er terugkerende patronen in hun eigenschappen waren. Dit bracht hem ertoe het periodieke tabel te ontwikkelen, dat hij in 1869 publiceerde.

Het is belangrijk op te merken dat hoewel atomaire massa de primaire basis was voor de opstelling van Mendeleev, dit niet de enige factor was. Hij erkende ook dat bepaalde elementen buiten volgorde moesten worden geplaatst op basis van hun chemische eigenschappen. Dit toonde zijn begrip van het belang van chemische periodiciteit.

Later werd het moderne periodieke tabel ontwikkeld, waar elementen worden gerangschikt in volgorde van een toenemend atoomnummer, wat een meer accurate weerspiegeling is van de onderliggende structuur van atomen.