Han offentliggjorde første gang sin lov om bestemte proportioner (eller lov om konstant sammensætning) i 1794.
Loven om bestemte proportioner
En af de grundlæggende observationer i den moderne kemi, loven om bestemte proportioner, fastslår, at i en ren forbindelse kombineres grundstofferne i bestemte proportioner til hinanden.
Et tilsvarende udsagn er loven om konstant sammensætning, som fastslår, at alle prøver af en given kemisk forbindelse har den samme grundstofsammensætning.
For eksempel udgør ilt 8/9 af massen af en prøve af rent vand, mens hydrogen udgør den resterende 1/9 af massen.
Sammen med loven om flere proportioner danner dette grundlaget for stoikiometri.
Denne iagttagelse blev først gjort af den franske kemiker Joseph Proustpå grundlag af flere eksperimenter udført mellem 1797 og 1804. I de fleste af disse forsøg lod Proust flere af grundstofferne reagere med ilt og observerede, at iltindholdet i produktet af disse reaktioner altid lå fast på en eller to værdier i stedet for at vise et bredt spektrum af mulige værdier. F.eks. målte Proust, at produktet af jern og ilt kunne indeholde 27% ilt eller 48% ilt, men ikke en mellemliggende sammensætning, eller at produktet af kobber og ilt kunne indeholde 18% ilt eller 25% ilt, men ikke en mellemliggende sammensætning.
På baggrund af sådanne observationer fremsatte Proust i 1797 udsagn som dette:
Jeg vil slutte med at udlede af disse eksperimenter det princip, som jeg har opstillet i begyndelsen af denne memoir, nemlig at jern ligesom mange andre metaller er underlagt den naturlov, der gælder for enhver sand kombination, dvs. at det forener sig med to konstante proportioner af ilt. I denne henseende adskiller det sig ikke fra tin, kviksølv og bly og kort sagt fra næsten alle kendte brændbare stoffer.
Mens loven om bestemte proportioner kan virke trivielt sand for den moderne kemiker, idet den er indbygget i selve definitionen af en kemisk forbindelse, var det ikke tilfældet i slutningen af det 18. århundrede, hvor begrebet kemisk forbindelse endnu ikke var fuldt udviklet. Da det blev foreslået første gang, var det faktisk et kontroversielt udsagn, og det blev modsat af andre kemikere, især Prousts franske landsmand Claude Louis Berthollet, som hævdede, at grundstofferne kunne kombineres i ethvert forhold. Selve eksistensen af denne debat understreger, at forskellen mellem rene kemiske forbindelser og blandinger på det tidspunkt endnu ikke var fuldt udviklet.
Loven om bestemte proportioner bidrog til den atomteori, som John Dalton fremmede fra 1803, og som forklarede, at materien bestod af diskrete atomer, at der var én type atom for hvert grundstof, og at forbindelserne bestod af kombinationer af forskellige typer af atomer i faste proportioner.
Det skal bemærkes, at selv om loven om faste proportioner er meget nyttig som grundlag for den moderne kemi, er den ikke universelt sand, idet der findes ikke-stoiometriske forbindelser, hvis sammensætning af grundstoffer kan variere fra prøve til prøve. Et eksempel er jernoxidet wüstite, som kan indeholde mellem 0,83 og 0,95 jernatomer for hvert iltatom og således indeholde mellem 23 % og 25 % ilt. Generelt var Prousts målinger ikke nøjagtige nok til at opdage sådanne variationer.