为了证明自己的设想，他用白磷作了一系列实验，毫无例外，白磷燃烧之后产生的白烟比白磷重了，这证明“磷和空气发生了化合”。而白磷在燃烧过程中，只有1/5的空气可以助燃，拉瓦锡把这种空气暂时称为“有用空气”。
至此，应该说“燃素”学说可以推翻了，但拉瓦锡仍不肯冒然作出结论。1774年，他又用天平在曲颈瓶中通过加热金属作了定量研究，结果仍然证明了他的设想！
“如果能从金属灰中提出纯的‘有用空气’的话，那么，我的燃烧理论就无懈可击了！”按照他的这一新设想，1774年10月，他在加热汞灰之后，收集到的“脱燃素空气”果然具备了他对“有用空气”所预言的性质。这时，拉瓦锡坚信：绝对没有“燃素”存在，可燃物质的燃烧，或者金属变为煅灰并不是分解反应，而是与“有用空气”发生了化合！1777年，他把这种“有用空气”正式命名为氧。
一向严肃谨慎的拉瓦锡，从1772年到1777年的5年中，作了大量的燃烧实验，对燃烧之后产生的物质以及剩余气体一一加以研究，最后对实验结果进行综合、归纳和分析。直到1777年，他才正式向法国科学院提出了研究报告，题目是《燃烧概论》。这一理论彻底推翻了长达百年之久当时占统治地位的“燃素”学说，完全割断了化学与炼金术的联系，使得100年来在“燃素”学说错误基础上被颠倒了的全部化学又重新恢复了科学的本来面目，使化学这门科学向前推进了一大步！
在化学发展史上，化全物的第一种合理命名法是拉瓦锡和另外三位化学家共同拟定的。此后，化学反应过程及其定量关系才开始用初步的化学反应方程式来说明。拉瓦锡以1787年建立的新化学语言和1789年出版的《化学基本教程》完成了化学革命，用17年的时间改造了化学科学。
拉瓦锡具有非凡的科学洞察力和勇往直前的无畏精神。他毕生勤奋，每天6点起床，从6点到8点进行实验研究，8点到下午7点从事火药局长或法国科学院院士的工作，7点到晚上10点，又专心从事他的科学研究。星期天不休息，进行一整天的实验工作。