门捷列夫周期律
凯库勒的创新都与19世纪50年代兴起的一场改革运动密切相关，这场改革运动旨在取代大学的多样性原子量系统与Gerhardt和Laurent的建议。事实上，如果凯库勒没有从原子质量改革开始，他就不可能在结构理论方面取得成功。凯库勒、武茨和德国化学家卡尔·韦尔岑是第一次国际化学会议的组织者，会议于1860年9月在德国西南部的卡尔斯鲁厄举行，目的是在整个欧洲化学领域获得统一和理解社区．意大利化学家Stanislao坎尼扎罗也许在会议上扮演了最关键的角色。改革者的成功是不完整的，但卡尔斯鲁厄大会可以作为一个时代的象征，当化学达到了一个可识别的现代外观。
对60多种已知元素普遍采用一套经过改革的原子量，似乎促使人们重新思考元素之间的关系，19世纪60年代出现了各种分类系统的建议。迄今为止，这些系统中最成功的是俄国化学家的系统德米特里门捷列夫．1869年，他宣布，当元素按照原子量的增加水平排列时，每当元素中相似的性质再次出现时，就在第一行的下面开始一个新的水平行，这样得到的半矩形表显示了一致的周期性。相似元素的垂直列称为族或族，整个数组称为元素周期表。门捷列夫证明，当他能够使用他的方法时，这种观察元素的方式不仅仅是偶然的周期律预测了三种新元素的存在，后来命名为镓,钪,锗它们是在19世纪七八十年代被发现的。
当然，还有很多异常．例如，15种化学性质相似稀土元素在世纪末就被发现了。这些元素不受任何周期体系的影响;最终，它们被归为一个单独的类别，即镧系元素(后来称为镧系元素;看到过渡元素)．然后在19世纪90年代，英国科学家威廉-拉姆塞而且瑞利勋爵发现了惰性或稀有气体氩,氦,霓虹灯,氪,氙．这些显然都是同一化学家族的成员，但在表中没有它们的空位。在20世纪初不久，化学家们决定简单地为它们创造一个额外的基团。
有机化学的结构主义思想，以及元素周期表的发展，给了我们新的启发动力以无机为研究对象化合物在19世纪晚期。然而，在20世纪下半叶，领先的化学领域显然是有机化学，而领先的国家是德国。德国人最积极地利用了结构理论，他们的成功是由大学机构的爆炸式增长以及在商业企业中的实际应用来衡量的。有机化学家，比如奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼而且埃米尔费舍尔在柏林大学而且阿道夫·冯·拜耳在慕尼黑大学发展大型研究小组，以分数计算，他们推出了新的化合物、研究出版物和博士论文。到19世纪末，德国的化学，无论是学术上还是工业上，都主导了欧洲和世界。
物理化学的兴起
这并不是说其他化学方法被忽视了，也不是说其他国家没有参与到这种兴奋中来。化合物和化学反应的物理研究始于本世纪初物理化学在19世纪80年代已经成熟。迈克尔·法拉第在英国,赫尔曼·科普而且罗伯特本生在德国，以及Henri-Victor Regnault在法国进行了身体调查特征1830 - 1860年间的物质。的研究热,工作,力导致了的兴起热力学1850年左右;最初几乎完全面向科学的物理比如美国人乔西亚·威拉德·吉布斯，法国人Marcellin Berthelot而且皮埃尔·迪昂，和德国人赫尔曼·冯·亥姆霍兹而且威廉•奥斯特瓦尔德然后应用能源而且熵19世纪七八十年代的化学概念。电化学，由贝采里乌斯和汉弗莱·戴维在本世纪初的英国，法拉第和其他人进行了卓有成效的研究。本生和古斯塔夫·基尔霍夫德国开发的化学光谱学19世纪50年代末。研究动力学开始于19世纪60年代。
所有这些工作达到了高潮在“正式”建立物理化学领域时，传统上被认为是时代裂痕für物理化学(《物理化学杂志》)于1887年开始出版。编辑是奥斯特瓦尔德和范特霍夫Svante Arrhenius他是未来的诺贝尔奖得主，也是《纽约时报》编委会特别重要的成员。关于离子型的真实性的争论离解与电化学、解的理论和热力学有关的其他问题使该杂志早期的问题变得活跃起来。
物理化学家的需求量越来越大，因为大学需要他们教授一般化学和理论化学的基础课程。这是最真实的美国它大力扩张教育结构，包括私立和公立(赠地)大学新兴受德国影响的博士课程。世纪之交不久，两个化学家在麻省理工学院他曾与奥斯特瓦尔德，亚瑟·诺伊斯和吉尔伯特·刘易斯，形成了一个正在崛起的美国化学界的核心。诺伊斯在帕萨迪纳的Throop理工学院继续他的职业生涯加州理工学院刘易斯后来去了加州大学伯克利分校(University of California at Berkeley)。
物理化学被一些人所说的第二次科学革命——即人类化学的发现——深刻地改变了电子,x射线,放射性，和新的放射性元素，对放射性排放和核衰变过程的认识，以及早期版本的理论量子力学而且相对论．从1895年到1905年，这一切都发生在短短10年里炸弹在接下来的几年里继续。1911年，这位英国物理学家欧内斯特·卢瑟福提出了一个核模型的原子，但他的轨道电子似乎违反了经典电磁理论和模型并没有立即被接受。然而，两年后，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔通过应用光谱数据和量子德国物理学家的理论马克斯·普朗克而且阿尔伯特·爱因斯坦来卢瑟福模型（看到)．玻尔后来在哥本哈根领导了一个国际理论研究小组量子20世纪20年代的力学。与此同时，卢瑟福揭示了质子爱因斯坦提出了他的理论广义相对论．
价电子理论
物理学家就讲到这里;但是化学家们并没有坐视不管。自半个世纪前它被发现以来，化学领域最大的谜团之一就是价．这既不可解释，又无可争议氧气原子恰好有两个价电子“钩子”，用来形成化学键和碳正常情况下有四价(也就是说氧是二价，碳是四价)。此外，这些化学键不像静电荷或电子那样径向对称万有引力但似乎是针对不同的空间围绕原子的角度。而存在高度稳定的基本分子，如H2这是非常尴尬的，因为两个相同的原子彼此之间的强烈吸引力的基础是什么?一些科学家，比如伟大的瑞士化学家阿尔弗雷德·沃纳他结合了结构有机理论和离子理论，开发了一种方案，出色地解释了复杂无机物的结构协调的化合物．
其他人则从电子的发现中得到启示。早在1902年，考虑到英国物理学家的工作J.J.汤姆森刘易斯私下里随意地画了一些草图，描绘了带有外层电子的立方原子构成电子理论的第一步化学成键．然而，直到卢瑟福和玻尔提供了原子核理论的早期发展之后，刘易斯的思想才凝固起来。(德国物理学家瓦尔特·科塞尔(Walther Kossel)同时独立地发表了一个类似的理论。)刘易斯认为化学键由一对电子组成，这些电子在结合的原子之间共享。通过相等的电子共享(形成了美国物理化学家欧文·朗谬尔很快就叫了一声共价键)，每个原子都可以完成外层电子壳层从而达到稳定。刘易斯认为，正常情况下完整的外层包含8个电子配置非常稳定(即惰性)的稀有气体。这就是八位体规则，它有助于解释为什么门捷列夫的周期经常是8的倍数。
路易斯-科塞尔-朗缪尔电子价电子理论(1916-23)是非常不完整的，但对于进一步的发展也是非常富有成效的，它的基本要素存在了几十年。1922年玻尔提出了所谓的电子排布K,l,米,N贝壳。此后不久，德国物理学家玻尔在量子力学方面取得突破性的发展，修正了这一理论维尔纳·海森堡——奥地利物理学家欧文薛定谔等。1927年，两名德国研究人员在Zürich与Schrödinger合作，弗里茨·伦敦和沃尔特·海特勒(Walter Heitler)首次对化学系统氢进行了量子力学处理分子．
美国物理化学家莱纳斯鲍林(与另一位美国人约翰·斯莱特一起)独立地将这种方法发展成为他所谓的理解化学组合的价键法。各种电子壳层中的轨道(按字母分类)年代,p,d,f)可以在数学上“杂交”，从而产生在化合物中实际观察到的有向键。鲍林还广泛应用了量子力学共振效果，特别是了解芳香族化合物。这一切都在他的经典作品中得到了总结化学键的性质(1939)。一个替代理解化学键的量子力学方法，称为分子轨道法，是由美国化学家发明的罗伯特·马利肯德国物理学家弗里德里希·洪德．尽管这种方法在数学上更为复杂，但在很大程度上已经取代了鲍林的方法。无论如何，自从路易斯和玻尔以来，人们就认识到所有的化学反应和化学键都涉及外层电子壳层价电子-参与原子的。
有机化学家也把电子思想纳入他们的理论。20世纪20年代，英国人罗伯特•罗宾逊和克里斯托弗·英格尔德——当时和后来的死对头——领导了有机反应机制电子理论的发展，专注于在化学反应过程中重新排列电子对。这不仅使化学家能够理解亲密的以一种以前不可能的方式描述反应的细节，但这也使他们成功地预测了有机化合物在不同化学物质中的反应环境．量子力学的其他研究应用于有机物质，结合反应动力学，酸的性质和基地以及理解化合物的仪器方法，导致了一个发展良好的物理有机化学专业领域。