Han publicerade först sin lag om bestämda proportioner (eller lagen om konstant sammansättning) 1794.
Lagen om bestämda proportioner
En av de grundläggande iakttagelserna i modern kemi, lagen om bestämda proportioner, säger att i en ren förening kombineras grundämnena i bestämda proportioner till varandra.
Ett motsvarande påstående är lagen om konstant sammansättning, som säger att alla prover av en given kemisk förening har samma sammansättning av grundämnen.
Till exempel utgör syre 8/9 av massan i ett prov av rent vatten, medan väte utgör resterande 1/9 av massan.
Samman med lagen om multipla proportioner utgör detta grunden för stökiometri.
Denna observation gjordes först av den franske kemisten Joseph Proustpå grundval av flera experiment som utfördes mellan 1797 och 1804. I de flesta av dessa experiment lät Proust flera av grundämnena reagera med syre och observerade att syrehalten i produkten av dessa reaktioner alltid låg fast på ett eller två värden, i stället för att uppvisa ett brett spektrum av möjliga värden. Proust mätte till exempel att produkten av järn och syre kan innehålla 27 % syre eller 48 % syre, men inte en mellansammansättning, eller att produkten av koppar och syre kan innehålla 18 % syre eller 25 % syre, men inte en mellansammansättning.
Med utgångspunkt i sådana observationer gjorde Proust 1797 uttalanden som detta:
Jag skall avsluta med att från dessa experiment härleda den princip som jag fastställde i början av denna memoar, nämligen att järn liksom många andra metaller är underkastat den naturlag som gäller för varje sann kombination, det vill säga att det förenar sig med två konstanta proportioner av syre. I detta avseende skiljer det sig inte från tenn, kvicksilver och bly och, med ett ord, från nästan alla kända brännbara ämnen.
Och även om lagen om bestämda proportioner kan tyckas trivialt sann för den moderna kemisten, inneboende i själva definitionen av en kemisk förening, så var det inte så i slutet av 1700-talet, då begreppet kemisk förening ännu inte var fullt utvecklat. När det först föreslogs var det faktiskt ett kontroversiellt påstående och motsattes av andra kemister, framför allt av Prousts fransman Claude Louis Berthollet, som hävdade att grundämnena kunde kombineras i vilken proportion som helst. Just denna debatt understryker att skillnaden mellan rena kemiska föreningar och blandningar vid den här tiden ännu inte var fullt utvecklad.
Lagen om bestämda proportioner bidrog till den atomteori som John Dalton förespråkade från och med 1803 och som förklarade att materien bestod av enskilda atomer, att det fanns en typ av atom för varje grundämne och att föreningarna bestod av kombinationer av olika typer av atomer i fasta proportioner.
Det kan noteras att även om lagen om bestämda proportioner är mycket användbar som grund för den moderna kemin, är den inte universellt sann.Det finns icke-stökiometriska föreningar vars sammansättning av grundämnen kan variera från prov till prov. Ett exempel är järnoxiden wüstit, som kan innehålla mellan 0,83 och 0,95 järnatomer per syreatom och därmed innehålla mellan 23 och 25 % syre. I allmänhet var Prousts mätningar inte tillräckligt noggranna för att upptäcka sådana variationer.