Lagen om bestämda proportioner, som först förklarades i slutet av 1700-talet av kemisten Joseph Proust, är grunden för modern vetenskaps förståelse av kemiska kombinationer. Det står att, oavsett volym eller massa, kommer elementen i en kemisk förening att bibehålla sin inställda proportion. Till exempel är en allmänt känd kemisk förening rent vatten, som består av väte och syre i formeln H2O. Lagen om bestämda proportioner säger att oavsett mängden vatten – oavsett om det är ett glas, en regntunna eller en pipett – kommer förhållandet mellan väte och syre alltid att vara en del väte till åtta delar syre. Denna lag gäller proportionerna av nästan alla kemiska föreningar.
Proust upptäckte lagen medan han utförde experiment för att bestämma formlerna för kemiska föreningar. Hans experiment under en sexårsperiod var till en början på metallföreningar, och hans slutsatser skilde sig från dåtidens etablerade vetenskap. Prousts upptäckter ifrågasattes starkt av andra forskare. Man tror att denna reaktion berodde på förvirring hos de flesta 18-talsforskare om skillnaderna mellan rena och blandade kemiska föreningar.
En vetenskapsman som inte höll med Proust var John Dalton, som samtidigt utvecklade sin teori om lagen av flera proportioner. När han kom till principen från en annan väg, märkte han att när föreningar tillverkades med olika metoder, var deras förhållanden direkt proportionella mot de ursprungliga sammansatta elementen. Vidare hävdade han att dessa förhållanden alltid uttrycktes som heltal. När han hörde Prousts lag om bestämda proportioner insåg han att denna lag, i kombination med lagen om flera proportioner, utgjorde grunden för den tidigaste atomteorin, som förklarade atomernas beteende enligt fastställda lagar.
Idag anser forskare att lagen om bestämda proportioner är en kritisk vetenskaplig upptäckt. Det är dock inte universellt sant. Det finns några kemiska föreningar som kombineras utanför de strikta proportionerna i denna lag. På 18-talet var experimenterandet inte så exakt som det skulle bli under senare århundraden; mätningar rapporterades inte med tillräckligt noggrannhet för att märka variationer bland de element som var kända vid den tiden. Dessutom hade isotoper och deras inverkan på föreningar ännu inte upptäckts. Att inkludera inverkan av lätta och tunga isotoper i analysen av atomvikter kan förklara undantagen från regeln.