门捷列夫发现元素周期律的过程是长期研究、数据分析和理论创新的综合结果，主要包含以下几个关键步骤：

一、数据收集与整理

元素性质与原子量记录

门捷列夫收集了当时已知的63种元素的性质数据（如电负性、化合价、密度等）和原子量（相对原子质量），将它们分别记录在卡片上。

初步排序与规律探索

通过反复比对和排序，他发现元素的性质随着原子量的增加呈现周期性变化。例如，同一族的元素（如碱金属）具有相似的化学性质，且原子量逐渐增大。

二、理论构建与周期表编制

原子量与性质的关联

门捷列夫提出“原子量决定元素性质”的观点，并认为元素性质呈周期性变化，这一观点突破了当时以原子序数为基础的观念。

周期性规律的数学表达

他发现元素性质的变化与原子量的三角函数关系相似，因此引入“周期性函数”的概念，将元素按原子量排列成表格。

第一张元素周期表的诞生

1869年，他编制了第一张元素周期表，将63种元素分类排列，并首次在表中预留空位，预言了类硼（镓）、类铝（钪）、类硅（锗）等11种未发现元素。

三、关键创新与预言验证

突破原子量排序的局限

门捷列夫发现单纯按原子量排序会破坏周期性规律，因此他根据性质相似性调整元素位置，使表格更符合实际。

预言新元素的准确性

他预言的类硼、类铝、类硅元素在1871年、1880年和1886年分别被实际发现，且性质与预言高度吻合，这为周期律的正确性提供了有力证明。

修正已知元素原子量

通过周期律，他成功修正了铟、铀、钍、铯等9种元素的原子量，进一步验证了周期表的有效性。

四、理论意义与影响

化学学科的革命

元素周期律的发现标志着近代化学进入系统化、理论化阶段，为化学结构与性质的关系研究奠定了基础。

新元素发现的指南

周期表成为寻找未知元素的“地图”，后续科学家根据规律预测并验证了超100种新元素。

跨学科的启示

门捷列夫的方法论（如理论预测与实验验证结合）对物理学、生物学等学科的发展也产生了深远影响。

通过以上步骤，门捷列夫不仅构建了元素周期表，更创立了化学元素系统的理论框架，成为现代化学的奠基人之一。