Après la découverte des lois fondamentales de la chimie, on a utilisé, pour spécifier les quantités des divers éléments ou composés chimiques, des unités portant par exemple les noms de « atome-gramme » et « molécule-gramme ». Ces unités étaient liées directement aux « poids atomiques » et aux « poids moléculaires » qui étaient en réalité des masses relatives. Les « poids atomiques » furent d'abord rapportés à celui de l'élément chimique oxygène, pris par conventionégal à 16. Mais, tandis que les physiciens séparaient les isotopes au spectromètre de masse et attribuaient la valeur 16 à l'un des isotopes de l'oxygène, les chimistes attribuaient la même valeur au mélange (de composition légèrement variable) des isotopes 16, 17 et 18 qui constitue l'élément oxygène naturel. Un accord entre l'Union internationale de physique pure et appliquée (UIPPA) et l'Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) mit fin à cette dualité en 1959-1960. Depuis lors, physiciens et chimistes sont convenus d'attribuer la valeur 12, exactement, au « poids atomique » , ou selon une formulation plus correcte à la masse atomique relative, de l'isotope 12 du carbone (carbone 12, ¹²C). L'échelle unifiée ainsi obtenue donne les valeurs des masses atomiques relatives.

Il restait à définir l'unité de quantité de matière en fixant la masse correspondante de carbone 12 ; par un accord international, cette masse a été fixée à 0,012 kg et l'unité de la grandeur « quantité de matière » a reçu le nom de mole (symbole mol).

Suivant les propositions de l'UIPPA , de l'UICPA et de l'ISO, le Comité international donna en 1967 et confirma en 1969 une définition de la mole qui fut finalement adoptée par la 14^e CGPM (1971, Résolution 3 ; CR, 78 et Metrologia, 1972, 8, 36) :

1. La mole est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 0,012 kilogramme de carbone 12 ; son symbole est « mol ».

2. Lorsqu'on emploie la mole, les entités élémentaires doivent être spécifiées et peuvent être des atomes, des molécules, des ions, des électrons, d'autres particules ou des groupements spécifiés de telles particules.

En 1980, le Comité international a approuvé le rapport du CCU (1980) qui précisait :

 Dans cette définition, il est entendu que l'on se réfère à des atomes de  carbone 12 non liés, au repos et dans leur état fondamental.