oxygen theory of combustion resulterade från en krävande och ihållande kampanj för att konstruera en experimentellt grundad kemisk teori om förbränning, andning och kalcinering. Teorin som uppstod var i många avseenden en spegelbild av phlogiston-teorin, men att få bevis för att stödja den nya teorin involverade mer än att bara visa fel och brister i den tidigare teorin., Från början av 1770-talet fram till 1785, när de sista viktiga delarna av teorin föll på plats, utförde Lavoisier och hans medarbetare ett brett spektrum av experiment utformade för att främja många punkter på deras forskningsgräns.
Lavoisiers forskning i början av 1770-talet fokuserade på viktvinster och förluster vid kalcinering., Det var känt att när metaller långsamt ändras till pulver (calxes), som observerades vid rost av järn, vägde calx faktiskt mer än den ursprungliga metallen, medan när calx ”reducerades” till en metall inträffade en viktminskning. Phlogistonteorin stod inte för dessa viktförändringar, för brand själv kunde inte isoleras och vägas. Lavoisier hypoteser att det var förmodligen fixeringen och frisättningen av luft, snarare än eld, som orsakade de observerade vinsterna och förlusterna i vikt. Denna idé satte kursen för sin forskning för det kommande decenniet.,
längs vägen stötte han på relaterade fenomen som måste förklaras. Mineralsyror, till exempel, gjordes genom att rosta ett mineral som svavel i eld och sedan blanda den resulterande kalxen med vatten. Lavoisier hade ursprungligen gissat att svavel kombinerat med luft i elden och att luften var orsaken till surhet. Det var dock inte alls uppenbart vilken typ av luft som gjorde svavelsyra. Problemet komplicerades ytterligare av den samtidiga upptäckten av nya typer av luft i atmosfären., Brittiska pneumatiska kemister gjorde de flesta av dessa upptäckter, med Joseph Priestley som ledde ansträngningen. Och det var Priestley, trots sin obevekliga anslutning till phlogistonteorin, som i slutändan hjälpte Lavoisier att riva upp mysteriet om syre. Priestley isolerade syre i augusti 1774 efter att ha erkänt flera egenskaper som skilde den från atmosfärisk luft. I Paris samtidigt experimenterade Lavoisier och hans kollegor med en uppsättning reaktioner som var identiska med dem som Priestley studerade, men de misslyckades med att märka de nya egenskaperna hos den luft de samlade in., Priestley besökte Paris senare samma år och vid en middag som hölls till hans ära vid Vetenskapsakademin informerade sina franska kollegor om egenskaperna hos denna nya luft. Lavoisier, som var bekant med Priestleys forskning och höll honom i högt avseende, skyndade tillbaka till sitt laboratorium, upprepade experimentet och fann att det producerade exakt den typ av luft han behövde för att slutföra sin teori. Han kallade gasen som producerades syre, generatorn av syror., Genom att isolera syre kunde han förklara både de kvantitativa och kvalitativa förändringar som inträffade vid förbränning, andning och kalcinering.