De oxygen theory of combustion was het resultaat van een veeleisende en aanhoudende campagne om een experimenteel geaarde chemische theorie van verbranding, ademhaling en calcinatie te construeren. De theorie die naar voren kwam was in veel opzichten een spiegelbeeld van de phlogiston theorie, maar het verkrijgen van bewijs om de nieuwe theorie te ondersteunen betekende meer dan alleen het aantonen van de fouten en onvolkomenheden van de vorige theorie., Vanaf het begin van de jaren 1770 tot 1785, toen de laatste belangrijke stukken van de theorie op hun plaats vielen, voerden Lavoisier en zijn medewerkers een breed scala aan experimenten uit om veel punten op hun onderzoeksgebied vooruit te helpen.
Lavoisier ‘ s onderzoek in de vroege jaren 1770 richtte zich op gewichtswinst en-verliezen bij calcinatie., Het was bekend dat wanneer metalen langzaam in poeders (calxen) veranderden, zoals bij het roesten van ijzer werd waargenomen, de calx eigenlijk meer woog dan het oorspronkelijke metaal, terwijl wanneer de calx werd “gereduceerd” tot een metaal, een gewichtsverlies optrad. De phlogiston-theorie hield geen rekening met deze gewichtsveranderingen, want vuur zelf kon niet worden geïsoleerd en gewogen. Lavoisier veronderstelde dat het waarschijnlijk de fixatie en het vrijkomen van lucht, in plaats van vuur, die de waargenomen winsten en verliezen in gewicht veroorzaakt. Dit idee zette de koers van zijn onderzoek voor het volgende decennium.,
onderweg kwam hij verwante verschijnselen tegen die verklaard moesten worden. Minerale zuren, bijvoorbeeld, werden gemaakt door het roosteren van een mineraal zoals zwavel in vuur en vervolgens mengen van de resulterende calx met water. Lavoisier vermoedde aanvankelijk dat de zwavel gecombineerd werd met lucht in het vuur en dat de lucht de oorzaak was van de zuurgraad. Het was echter helemaal niet duidelijk wat voor soort lucht zwavelzuur maakte. Het probleem werd verder gecompliceerd door de gelijktijdige ontdekking van nieuwe soorten lucht in de atmosfeer., Britse pneumatische chemici deden de meeste van deze ontdekkingen, met Joseph Priestley als leider. En het was Priestley, ondanks zijn niet aflatende aanhang aan de phlogiston theorie, die Lavoisier uiteindelijk hielp het mysterie van zuurstof te ontrafelen. Priestley isoleerde zuurstof in augustus 1774 na het herkennen van verschillende eigenschappen die het onderscheiden van atmosferische lucht. In Parijs experimenteerden Lavoisier en zijn collega ‘ s met een reeks reacties die identiek waren aan die welke Priestley bestudeerde, maar ze merkten niet de nieuwe eigenschappen van de lucht die ze verzamelden., Priestley bezocht Parijs later dat jaar en tijdens een diner ter ere van hem aan de Academie van Wetenschappen informeerde hij zijn Franse collega ‘ s over de eigenschappen van deze nieuwe lucht. Lavoisier, die bekend was met Priestley ‘ s onderzoek en hem hoog in het vaandel droeg, haastte zich terug naar zijn laboratorium, herhaalde het experiment en ontdekte dat het precies de lucht produceerde die hij nodig had om zijn theorie te voltooien. Hij noemde het gas dat werd geproduceerd zuurstof, de generator van zuren., Het isoleren van zuurstof stelde hem in staat om zowel de kwantitatieve als kwalitatieve veranderingen die zich voordeden in verbranding, ademhaling en calcinatie te verklaren.