A noção de massa atómica foi referida pela primeira vez por Dalton, em sequência da teoria atómica que desenvolveu. Como Dalton não tinha forma de calcular a massa de um átomo tinha de relacionar a massa de átomos de diferentes elementos entre si. Para tal era necessário escolher os átomos de um elemento específico como referência. Dalton escolheu como elemento referência o hidrogénio.
Dalton efectuou cálculos de massa atómica para vários elementos, tendo com ponto de referência a massa do hidrogénio, que ele estabeleceu ser a unidade (1). No entanto estes cálculos eram empíricos, baseados exclusivamente na fórmula química das substâncias, mas não em experiências concretas. Este facto levou-o a conclusões erradas. Por exemplo, Dalton considerava que uma molécula de água era constituída por um átomo de hidrogénio e um átomo de oxigénio (HO). Considerando a massa atómica do hidrogénio (H) igual a 1, a massa do oxigénio (O) seria 8. No entanto a massa atómica relativa do oxigénio é 16 (porque uma molécula de água possui 2 átomos de hidrogénio e 1 de oxigénio).
No inicio do século XIX o químico sueco Berzellius efectuou várias experiências para determinar a massa atómica dos elementos conhecidos na época. Berzellius utilizou como elemento de comparação a massa atómica do Oxigénio, que igualou a 100 e em 1828 publicou uma tabela que apresentava a massa atómica de vários elementos químicos. Em 1865 o químico belga J. S. Stas apresentou uma tabela de massas atómicas mais actualizada, utilizando como comparação o elemento oxigénio, que igualou a 16 unidades.
Mais tarde passaram a existir dois elementos de referência para a determinação da massa atómica dos elementos, o oxigénio (igualado a 16 unidades) e o carbono (igualado a 12 unidades). Este facto causou considerável confusão. Em 1961 foi universalmente aceite o carbono (igualado a 12 unidades).
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