Lavoisier, yanma sürecini incelemek için bir dizi deney yaptı. Öncesinde ve sonrasında dikkatle tartarak birtakım maddeleri açık havada ısıttı. Elde ettiği sonuçlar, maddelerin ağırlık kaybetmekten çok, genellikle daha çok ağırlaştığını gösterdi. Bu da onu, maddelerin havadan bir şeyler soğurması gerektiği sonucuna götürdü. Bu bilinmeyen maddenin Priestley’in tanımladığı gaz olduğunu gösterdi ve ona yeni bir ad vererek oksijen dedi.
Lavoisier’in elde ettiği sonuçlar, neredeyse yüz yıldır savunulan flojiston kuramının çürütülmesine yardım etti. Onun bir maddenin oksijenle birleşmesi biçiminde dile getirdiği yanma tanımı, bugün de kullanılmaktadır. Her tür yanmanın (hayvanlarla bitkilerin solunumu da içinde olmak üzere) oksijen ilavesini gerekli kıldığını kanıtlayan ilk kişidir. Yaptığı çalışmalar, simya dan miras kalan birçok yanlış düşünceden kurtulmayı sağladı.