Cuando en los albores de la química moderna, allá por los siglos XVII y XVIII, comenzaron a identificarse correctamente los elementos químicos, incrementándose de forma paralela el número de los conocidos gracias a los nuevos descubrimientos, se empezó a plantear el problema de organizarlos de forma coherente. Se sabía que varios de ellos se podían agrupar en familias con propiedades químicas similares, como ocurría con el flúor, el cloro, el bromo y el yodo, o con el litio, el sodio o el potasio; pero a pesar de los esfuerzos realizados por numerosos químicos a lo largo del siglo XIX resultaba imposible organizar a todos los elementos conocidos, que cada vez eran más, en una única tabla.

La solución al rompecabezas vino dada, en la segunda mitad del siglo XIX, por el químico ruso Mendeleiev, que ordenó a todos los elementos conocidos en orden creciente de pesos atómicos, empezando por el hidrógeno y terminando por el más pesado. Cada cierto tiempo, cuando llegaba al gas noble correspondiente, retrocedía y volvía a iniciar un nuevo período debajo del anterior, de donde deriva el nombre con el que se conoce a esta tabla. De esta forma, todos los elementos que estaban relacionados químicamente entre sí quedaban agrupados en columnas formando familias.

La genialidad de Mendeleiev le llevó a saltarse el orden estrictamente riguroso de pesos atómicos crecientes siempre que se encontraba con un caso en el que algún elemento químico no estaba relacionado con el situado inmediatamente encima de él, dando prioridad siempre a la afinidad química. Así, siempre que fue necesario cambió el orden de dos elementos químicos consecutivos o, en su caso, dejó un hueco, postulando la hipótesis de que correspondía a algún elemento desconocido todavía por la ciencia... Y acertó en varias ocasiones, llegando a predecir incluso las propiedades químicas de estos elementos desconocidos.

La tabla periódica que se utiliza actualmente, aunque sigue básicamente los criterios implantados por Mendeleiev, presenta algunas diferencias, cabiendo reseñar la importante aportación realizada por el físico español Miguel Catalán. La principal es que el criterio de ordenación no es ya la masa atómica sino el número atómico, lo que elimina las aparentes discrepancias existentes en el modelo de Mendeleiev. La distribución de los elementos en períodos (filas horizontales) y familias (columnas verticales) se justifica en función de la estructura de la corteza electrónica de los átomos, es decir, la forma en la que están colocados los electrones. Resultaría demasiado complicado explicar aquí con detenimiento las razones que justifican a nivel de estructura atómica esta distribución, por lo que basta con comentar que cada período corresponde a la distribución de una capa de la corteza electrónica, y que éstas son cada vez más complejas admitiendo un mayor número de electrones conforme aumenta el período. Por esta razón la tabla periódica se va abriendo, de forma que en cada período nos encontramos con un mayor número de elementos químicos que en los anteriores.

Aunque hace ya mucho tiempo que se completaron los huecos existentes en la tabla periódica de Mendeleiev (el renio, que fue el último metal descubierto, fue identificado en los años veinte de nuestro siglo), la tabla no está cerrada dado que se siguen añadiendo nuevos elementos químicos al final de la misma, hasta un total de aproximadamente unos 115 en la actualidad. Estos últimos elementos son todos radiactivos y muy inestables, aunque se especula con la posibilidad de que a partir de determinado valor del número atómico se pudieran obtener de nuevo elementos químicos estables frente a la desintegración radiactiva, conocidos con el nombre de elementos superpesados.