尔顿提出原子假说时基于以下事实基础：
1. 化学反应中的定比关系：他观察到不同元素之间的化学反应中，它们以固定的比例组合，这表明不同元素由不同的原子组成。
2. 元素的多态性：他发现许多元素可以存在于不同的形态中，这表明它们由不同的原子组成。
3. 气体的扩散：他观察到气体的扩散速率与气体分子的质量有关，这表明气体是由分子组成的。
4. 水的氢氧比：他研究了水的氢氧比，发现水分子由两个氢原子和一个氧原子组成，这表明原子具有一定的结构和组合方式。
这些观察结果启发了道尔顿提出原子假说，即所有物质都由不可再分的小颗粒——原子组成。