拉瓦锡对于化学最大的贡献是把化学变成了一门定量的科学，之前的化学研究都是定性的，拉瓦锡也应用这种方法推翻了“燃素说”，并发现了氧气。
年秋天，拉瓦锡称量了定量的红磷，使之燃烧、冷却后又称量灰烬（五氧化二磷）的质量，发现质量竟然增加了！他又燃烧硫磺，同样发现灰烬的质量大于硫磺的质量。这一定是什么东西被混了进来。
这个实验非常关键，这表明不但金属燃烧后质量会增加，就是非金属燃烧后质量也会增加，燃素说已经岌岌可危了。
为了确定空气是否参加反应，他设计了著名的钟罩实验。通过这一实验，可以测量反应前后气体体积的变化，得到参与反应的气体体积。他还将铅在真空密封容器中加热，发现质量不变，加热后打开容器，发现质量迅速增加。尽管实验现象与燃素说支持者相同，但是拉瓦锡提出了另一种解释，即认为物质的燃烧是可燃物与空气中某种物质结合的结果，这样可以同时解释燃烧需要空气和金属燃烧后质量变重的问题。但是此时他仍然无法确定是那一种组分与可燃物结合。
年，普里斯特里来到了巴黎，这位先生也是一位大神，现在我们经常使用的排水集气法就是他发明的，本是文科出身，却以科学闻名于世，化学对于他来说只是业余爱好，这就是传说中的文武双全，而且应该说他最接近揭开燃烧的秘密，不过他是“燃素说”的忠实拥趸，他的见识阻挡了他的成就。
普里斯特里对拉瓦锡说起了他的实验，在加热氧化汞的过程中，他发现了一种气体，可以使小白鼠更活泼，而且在其中蜡烛火焰更明亮，是不是太熟悉了，这就是中学课本上检验氧气的方法啊，本着对科学献身的精神，普里斯特里还亲自吸了一口这种气体，顿觉神清气爽，还好他发现的不是有毒气体，否则就有点危险了。
普里斯特里的实验在普里斯特里拜访之前，拉瓦锡也接到了化学家舍勒的来信，舍勒在信中说他发现了一种“火空气”，这种“火空气”对燃烧有极大的促进作用，这自然也是氧气了，不过，舍勒也是“燃素说”的忠实拥趸，因此没有进一步研究。
拉瓦锡早就看“燃素说”不顺眼了，得到这两个消息后若获至宝，就做了著名的“钟罩实验”，因为这个实验长达二十天，又被称为“二十天实验”。
拉瓦锡把少量的汞（水银）放在密闭的容器里，连续加热达二十天之久，结果发现有一部分银白色的液态汞变成了红色的粉末，同时容器里的空气的体积差不多减少了五分之一。拉瓦锡研究了剩余的那部分空气，发现这部分空气既不能供给人类及动物呼吸来维持人类及动物的生命，也不能支持可燃物的燃烧，他误认为这些气体都是氮气（拉丁文原意是“不能维持生命”）。拉瓦锡再把汞表面上所生成的红色粉末（现已证明是氧化汞）收集起来，放在另一个较小的容器里经过强热后，得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于原来密闭容器里所减少的空气的那部分体积。
拉瓦锡的实验在拉瓦锡的实验前，“燃素说”已经无路可走，氧气也揭开了神秘的面纱。
“这种气体，普利斯特里先生、舍勒先生和我大约同时发现。”拉瓦锡这么总结道，这就有点不太厚道了，明明是普里斯特里和舍勒先发现了氧气，但是他们两位都是坚持“燃素说”，并不知道自己发现的是什么，把机会生生让给了拉瓦锡，而拉瓦锡第一个明确提出了氧气的概念，这么看来，拉瓦锡的说法也并不过分。
作为现代化学之父，拉瓦锡的贡献并不仅仅于此，从他的实验过程来看，他首先使用了定量的方法来研究，这直接验证了“质量不灭定律”。
另外拉瓦锡还制定了第一个元素表，注意，不是元素周期表，这直接否认了源自古希腊的四元素说，不过在他的元素表中，有一种奇怪的物质，那就是热质。
热质到底是什么呢？