De toutes les questions qui le préoccupent, celle de la composition de l'eau retient son attention depuis que l'Anglais Cavendish, en 1767, a découvert l'air inflammable (l'hydrogène).
Les expériences de Lavoisier le conduisent à obtenir de l'eau pure en brûlant un volume d'hydrogène avec deux volumes d'air pur. Lavoisier en déduit que l'eau n'est pas un élément simple mais une combinaison de l'hydrogène avec l'air pur, qu'il baptisera bientôt "oxygène".
Lavoisier met au point une nouvelle nomenclature chimique avec pour principe général de constituer le nom d'un composé avec ceux de ses composants. Cela permit de ne plus utiliser des noms "exotiques" pour désigner les produits chimiques.
Il a aussi améliorer la production de la poudre à canon.
En 1777, il identifie l'azote.
Il est à l'origine du four solaire moderne. En effet, il parvient à réaliser la combustion du diamant sans combustible, dans une atmosphère d'oxygène, en concentrant sur lui les rayons du soleil.
Lavoisier introduisit l'usage d'une foule d'instruments lors de ses expériences permettant de quantifier les phénomènes observés. Le principal, dont il favorisa l'usage, fut la balance, instrument qui, bien qu'existant déjà, n'avait jamais été employé sérieusement dans les recherches chimiques. Elle sera bien sûr à la tête de toutes ses expérimentations.
