当两种元素只有一种结合时（即只形成一种化合物时），就形成二元化合物；当两种元素有两种结合时（即能形成两种化合物时），就形成一种二元化合物和一种三元化合物；当两种元素有三种结合时，则形成一种二元化合物和两种三元化合物。”
根据当时的化学知识，氢和氧只能形成一种化合物——水，所以道尔顿认为在水这种化合物中，1个氢原子与1个氧原子相结合。根据同样的理由，在氨这种化合物中，也是1个氢原子与1个氮原子相结合。道尔顿把氢定为原子量标准，规定氢的相对重量为1，他按照盖·吕萨克对水的重量组成的分析结果（含12.6％氢，87.4％氧），计算出氧的原子量为7；根据对氨的重量组成的分析结果（含20％氢，80％氮），计算氮的原子量为4。显然，由于道尔顿对于化学式的错误判断，他所计算出来的原子量是不正确的。
贝采里乌斯对道尔顿所用的方法表示怀疑。根据盖·吕萨克气体化合定律：“在同温同压下，同体积的各种气体含有相同的原子数。”贝采里乌斯认为这一定律适用于单质气体，他认为：在化合物AmBn中，A和B两种元素的原子数目m与n之比等于生成这个化合物时A和B两种气体的最简单体积比。因为2体积氢气与1体积氧气化合，生成2体积水，所以根据气体化合定律推断，水是由2个氢原子与1个氧原子组成的，水的化学式是H2O。贝采里乌斯还认为原子量的标准应该采用氧，因为氧几乎能与当时所有的已知元素形成氧化物，所以他以氧=100为基准计算了一大批元素的原子量，比道尔顿的原子量要准确得多。
1814年贝采里乌斯发表的原子量表（部分）
元素原子量（氧=100）素原子量（氧=100）
氢6.64铬708.0
碳75.1氮79.5
硫201.0钙510．2
铁693.6砷839.46
铜806.5磷167.5
银2688.2铝34.20
钾987.0
1818年贝采里乌斯发表的原子量表（部分）
元素原子量（氧=100）元素原子量（氧=100）
铋1773.8碲806.45
铅2589.0铜791.39
金2486.6镍739.51
铂1215.23铁678.43
锡1470.58钴738.00
银2370.21硫202.16
锌806.65
1819年法国化学家杜隆和贝蒂从对各种单质的比热测定中，发现许多固体单质的比热常常与它们的原子量成反比，即元素的比热与其原子量的乘积近似于一个常数，他们称这个常数为原子热容，这一规律被称为原子热容定律。这一定律对于确定一种元素的原子量到底是该元素的化合量的几倍起了重要作用。因此，即使不知道某种化合物的化学式，只要测出该化合物中元素的准确化合量和比热，就可以利用原子热容定律计算出该元素的原子量。
杜隆和贝蒂根据原子热容定律，对贝采里乌斯1818年发表的一些原子量进行了修正，例如将银的原子量修正为原值的1/4；钴的原子量修正为原值的1/3；金、锡、铅、锌、碲的原子量修正为原值的1/2等等。
贝采里乌斯的学生米希尔里希于1818年提出的同晶形定律对原子量测定也起了一定的作用。这个定律指出：“当两种化合物的结晶类型相同时，它们通常具有类似的化学式。”例如磷酸二氢钠与砷酸二氢钠是同晶形的，因此具有类似的化学式NaH2PO4和NaH2AsO4。贝采里乌斯和米希尔里希根据铬酸盐与硫酸盐具有同晶形这一事实，认为铬酸的化学组成应当与硫酸相似。已知硫酸的组成为SO3，铬酸的组成相应确定为CrO3。还知道氧化铬中的氧只是铬酸中氧的一半，因此规定氧化铬的组成为Cr2O3，这就意味着铬的原子量应当是贝采里乌斯发表的原子量的一半。
由于贝采里乌斯吸取了众家之长，使他能够得出比较正确的化学式和准确的原子量，尽管还不是很完善的，但是却是同时代化学家中的佼佼者。
1826年贝采里乌斯发表的原子量表
元素原子量（氧=100）元素原子量（氧=100）
氢6.2398碘768.781
碳76.437铅1294.498
氮88.518锂127.757
硫201.165镁158.353
钙256.019锰355.787
铁339.213汞1265.822
钾489.916钼598.525
钠290.897镍369.675
银1351.607铝714.618
铝171.167磷196.155
锑806.452铂1215.220
砷470.042铑750.680
钡856.88硒494.582
铍331.479硅277.478
铋1330.376锶547.255
硼135.983钽1153.715
镉696.767碲806.452
铈574.718锡735.294
氯221.325钛389.092
铬351.819钨1183.200
钴368.991铀2711.360
铜395.695钇401.840
氟116.900锌403.226
金1243.013锆420.238
贝采里乌斯之所以能够取得这么多的成就，主要是由于他重视实验。他把一生大部分的精力都用在实验测定上，在他1809-1819年的住宅内，就设有两间实验室，实验室就在他的寝室隔壁，这样，贝采里乌斯随时可以到实验室中进行研究。这位化学大师是真正认识到化学是一门实验科学这个简朴真理的化学家。
贝采里乌斯还是第一个提出“催化剂”概念的科学家。很久以来，人们早已不自觉地利用了催化作用，例如古代已经利用曲做催化剂来酿酒和制醋。在相当古老的铅室法制造硫酸的过程中，利用一氧化氮作催化剂。19世纪初，研究催化作用的化学家开始多起来了，例如1812年K．S．基尔霍夫发现酸能加快蔗糖的水解作用，硫酸能促进淀粉转变为葡萄糖，但是在反应过程中，酸并没有发生变化；1817年戴维发现了铂对醇被氧化的反应有促进作用；1819年泰纳发现碱和某些金属（铂、锰等）能加快过氧化氢的分解；1820年德贝莱纳发现铂能促使氢和氧化合。
贝采里乌斯在1835年总结了上述现象，指出在上述反应中，不论是简单的或是复杂的化合物，还是不同状态（气态、液态、固态）的化合物，都会对化学反应产生一定的影响。他把这种作用称为催化力，并指出具有催化力的外加物质都是催化剂，从而第一次提出了“催化剂”这个术语，对化学的发展起了一定的作用。
贝采里乌斯是第一位提出同分异构现象的化学家。1823年维勒分析了氰酸盐的组成，1824年李比希分析了雷酸盐的组成，他们都发现氰酸和雷酸的组成是相同的，但是他们都无法解释两种性质不同的化合物可以具有相同的化学组成。贝采里乌斯一开始认为他们两人的分析结果有错误，后来经过认真的思考，认识到组成相同的化合物未必具有相同的性质，氰酸和雷酸就是最好的例子，它们的性质虽然不同，属于两种化合物，但是它们的组成却是相同的。于是，贝采里乌斯把具有相同的化学组成，但性质不同的化合物叫做同分异构体，从而解决了维勒和李比希的疑问。
贝采里乌斯创立的电化学说也是颇为有名的。他认为盐是由酸（实际上是酸酐，当时的化学家把酸酐叫做酸）与碱（实际上是碱性氧化物）组成的化合物。由于他证明了溶液中的盐会被电流分解为酸（分解时向正极移动，说明它带负电荷）和碱（分解时向负极移动，说明它带正电荷），于是他把酸、碱组成盐与盐被电流分解为酸、碱的概念联系起来，提出酸是电负性的化合物；碱是电正性的化合物，电解反应正好是化合反应的逆过程。
当时，贝采里乌斯把氧看作电负性最大的元素，即在所有的氧化物中，氧都是电负性的。他还把钾看作电正性最大的元素。按照元素电正性递增的次序，他将当时已知的元素：O、S、N、F、Cl、Br、I、Se、P、As、Cr、Mo、W、B、C、Sb、Te、Ta、Ti、Si、H、Au、Os、Ir、Pt、Rh、Pd、Hg、Ag、Cu、U、Bi、Sn、Pb、Cd、Co、Ni、Fe、Zn、Mn、Ce、Th、Zr、Al、Y、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Li、Na、K作成一种表。这种排列方式被称为电化序，对于认识元素及其化合物的性质和化学反应的规律有一定的作用。
由于贝采里乌斯在科学上的贡献很大，使他在1808年当选为斯德哥尔摩科学院院士；1818年当选为科学院秘书。他还是英国皇家学会会员和彼得堡科学院名誉院士。
贝采里乌斯结婚很晚，在57岁时感到很孤独而结了婚。在举行结婚典礼之前，收到了瑞典国王查理·约翰的一封信，信的内容之一是：由于贝采里乌斯对瑞典有功，特赐给他男爵的爵位。
