原子価
だが、金属元素においてはこのような特定の原子価を取らず、いくつかの原子価を取るものがすでに知られていた。また、有機化合物の研究が発達してくると、有機化合物においてはプラスの電荷を持つと考えられていた水素がマイナスの電荷を持つと考えられていたハロゲンと置換する反応が見出された。このため、ジャン・デュマとオーギュスト・ローランは「置換の法則」を提唱し、水素とハロゲンは同じ型を持ち、相互に置換可能であるとした。シャルル・ジェラールはこれを拡張し、すべての化合物は2つの不変な「基」が結合したものであり、その組換えによって置換反応が起こるとした。有機化合物の研究がさらに進むと、エーテルのように酸素原子に2つの「基」が結合したもの、アミンのように窒素原子に3つの「基」が結合したものが知られるようになった。フリードリヒ・ケクレはこれを整理して水素やハロゲンは他の1つの原子と、酸素は2つの原子と、窒素は3つの原子と、炭素は4つの原子と結合できると提唱した。