Atomların kütleleri tartılamayacak kadar küçük olduğundan bir elemente ait atomların kütlesi başka bir elementin atomlarının kütlesiyle kıyaslanarak bulunur. Bunun için elementlerden birinin atom kütlesinin birim olarak seçilmesi yani referans alınması gerekir.

Başlangıçta referans olarak en küçük element olan hidrojen seçilmiştir. Bu nedenle, hidrojenin atom kütlesi 1 olarak kabul edilmiş ve diğer elementlerle karşılaştırmalar yapılmıştır.

Örneğin;

Hidrojen atomunun flor atomu ile yaptığı bileşiğin molekül kütlesi 20 ise flor atomunun hidrojen atomuna göre bağıl kütlesi 19(20-1) olarak bulunur.

Bu yöntemle bir çok elementin hidrojene bağlı bağıl atom kütleleri hesaplanmıştır.

Hidrojenle bileşik yapamayan elementlerin bağıl atom kütleleri ise, atom kütlesi bilinen bir elementle yaptığı bileşiklerden hesaplanmıştır. Ancak, bu
şekilde yapılan hesaplamalarda bazı atomların bağıl atom kütleleri tam sayı çıkmamıştır.

Hem bir çok elementle bileşik yapabilmesinden hem de hidrojenden daha ağır olmasından dolayı daha sonra oksijen referans birim olarak kabul edilmiştir.

Kimyacılar, oksijen atomlarının tamamının kütlesini 16,00 olarak kabul etmişlerdir. Ancak, fizikçiler oksijenin doğada ¹⁶0, ¹⁷0 ve ¹⁸0 izotoplarının
bulunmasından dolayı itiraz etmişler ve oksijenin kütlesini 16,0044 olarak almışlardır.

Bu ikilemi ortadan kaldırmak için IUPAC tarafından referans atom olarak ¹²C izotopu alınmıştır.