在 2019 年之前，阿伏伽德罗常数不是被"定义"出来的，而是被"测量"出来的——它的标尺，是恰好 12 克的碳-12。这一页讲述这个定义是如何一步步成形的。
1811 年，意大利物理学家阿梅代奥·阿伏伽德罗提出：在同温同压下，相同体积的任何气体含有相同数目的分子。这个想法优雅地解释了盖-吕萨克的气体化合体积定律——但当时"分子"这个概念本身都还充满争议，假说在此后半个世纪里几乎无人问津。
直到 1860 年著名的卡尔斯鲁厄大会上，斯坦尼斯劳·康尼查罗重新举起这面旗帜，用它建立起第一张自洽的原子量表。化学家们终于有了共同语言——但对"一克物质里到底有多少个分子"，大家仍一无所知。
人们从完全独立的方向逼近这个数字——气体动理论、布朗运动、电化学——殊途同归，都指向同一个量级。
利用气体动理论与分子平均自由程，首次估算出 1 立方厘米气体中的分子数——这是该常数的"直系祖先"。
通过多种独立方法研究布朗运动，得到彼此一致的数值；他将其命名为"阿伏伽德罗常数"，并因此获得 1926 年诺贝尔物理学奖。
用油滴实验测得电子电荷 e，再与电解实验的法拉第常数 F 相除，NA = F/e，又给出一个独立数值。
一个世纪以来，化学家以氧 = 16（天然同位素混合物）为原子量基准，物理学家则以 ¹⁶O = 16 为基准——两套略有差异的标尺并行。1961 年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）把两者统一到同一个标准上：碳-12 原子，其质量被定义为恰好 12 个原子质量单位。选择它，是出于非常务实的考量：
1971 年，第 14 届国际计量大会（CGPM）将摩尔纳入国际单位制，作为"物质的量"的单位，定义被刻在碳-12 上：
按这个定义，阿伏伽德罗常数就是恰好 12 克纯净碳-12 中的原子数目——一个有待测量的真实物理量，天然带有实验不确定度。重新定义前的最后一个 CODATA 值为 6.02214086×10²³ mol⁻¹，相对不确定度 4.5×10⁻⁸。
但这个定义把摩尔拴在了千克上——而那时的千克，还是巴黎保险库里的一块铂铱合金。万一实物基准的质量发生变化，"1 摩尔"里的原子数也会跟着变。计量学家开始寻找一种不依赖任何实物基准的"数原子"方法，答案来自一颗近乎完美的硅球。