En önemli çalışması atom konusunda olmuştu.Ona göre tüm elementler, atom denilen aynı ağırlığa ve aynı yapıya sahip olan çok küçük ve bölünmez parçacıklardan oluşur.Bu görüşlerini 1808 yılında yayınladığı ‘Yeni Kimya Felsefesi Sistemi’ adlı kitabında belirtmişti.Kitabın tamamı 900 sayfadan fazlaydı ve atom konusu sadece 5 sayfa tutuyordu.Ama bilim dünyası modern atom anlayışına yakın bir düşünüş tarzıyla ilk kez karşı karşıya kalıyordu.Kitabında belirttiğine göre,bir hidrojen parçacığını yaratmaya ya da yok etmeye kalkmak,güneş sistemine yeni bir gezegen katmaya ya da var olan bir gezegeni yok etmeye yeltenmekle birdir.Aslında atom fikri eski Yunanlılardan beri bilinen bir olguydu.Dalton’un katkısı,bu atomların göreli olan büyüklükleri,karakterleri ve bir araya geliş süreçleri üzerinde düşünmekti.Örneğin hidrojenin en hafif element olduğunu biliyordu.Bu nedenle ona bir değerinde atom ağırlığı vermişti. Suyun 7 parça oksijenden ve 1 parça hidrojenden oluştuğuna inanmıştı.Bu yüzden oksijene 7 değerinde bir atom ağırlığı öngördü.Elbette bu tahminleri oksijende olduğu gibi doğru değildi.Ama prensibi doğruydu.