Teori atom John Dalton tidak dapat menjelaskan beberapa hal sebagai berikut:
- Keberadaan elektron
Percobaan tabung sinar katode yang dilakukan oleh J. J. Thomson telah membuktikan keberadaan partikel bermuatan negatif dalam atom. Keberadaan elektron ini ditandai dengan sinar katode yang dibelokkan ke arah pelat bermuatan listrik positif. Dengan ini, pernyataan Dalton bahwa atom tidak dapat dibagi-bagi lagi gugur.
- Reaksi nuklir
Percobaan-percobaan yang dilakukan oleh para fisikawan abad ke-20 membuktikan bahwa penembakkan partikel subatomik kepada atom suatu unsur ternyata dapat menghasilkan unsur lain (reaksi fisi nuklir). Dengan ini, pernyataan Dalton bahwa atom suatu unsur tidak dapat diciptakan atau dihancurkan gugur.
- Perbedaan antara atom suatu unsur dan unsur lain
Teori Dalton hanya menyatakan bahwa atom unsur-unsur yang berlainan memiliki massa, ukuran, dan sifat-sifat lain yang berbeda satu sama lain. Namun demikian, pernyataan tersebut tidak dapat dijelaskan sebelum penemuan partikel-partikel subatomik oleh para ilmuwan setelah Dalton. Kini telah diketahui bahwa suatu unsur dapat diidentifikasi dari nomor atomnya (jumlah proton dalam inti atom).
- Mekanisme reaksi kimia
Teori atom Dalton berkaitan erat dengan Hukum Kekekalan Massa (Lavoisier) dan Hukum Perbandingan Tetap (Proust) serta Hukum Kelipatan Perbandingan yang Dalton kemukakan sendiri untuk menjabarkan keadaan sebelum dan setelah reaksi kimia. Namun demikian, teori Dalton tidak dapat menjelaskan bagaimana reaksi kimia di antara atom-atom unsur berlangsung. Kini telah diketahui bahwa reaksi kimia, salah satunya, melibatkan pertukaran posisi elektron yang baru ditemukan di kemudian hari.