Pod wpływem tego spotkania Lavoisier w okresie 1775–1780 zaczął prowadzić intensywne eksperymenty, w wyniku których opisał podstawowe cechy tlenu, zidentyfikował jego rolę w atmosferze oraz procesach spalania i oddychania, a także nadał mu współczesną nazwę, rozpoczynając rewolucję w chemii.
Priestley nie uznał wniosków Lavoisiera i kontynuował rozwijanie teorii flogistonu i uznał, że Francuzi narzucają społeczności naukowej swoje przekonania zupełnie jak angielski establishment religijno-polityczny narzuca społeczeństwu dogmaty. Swoje poglądy na ten temat opublikował w formie pamfletu Doctrine of Phlogiston Established, and That of the Composition of Water Refuted, który w 1803 r. rozwinął do postaci książki, opisując swoje zarzuty co do empirycznych, teoretycznych i metodologicznych błędów teorii tlenu.
W 1780 r. został duchownym w New Meeting House w Birmingham i członkiem Lunar Society, którego członkowie stosowali zasady naukowe i techniczne do prób rozwiązywania problemów dotykających społeczności miejskie. Sam Priestley opracował urządzenie do produkcji wody gazowanej, która w jego przekonaniu miała wspierać zdrowie osób cierpiących na szkorbut i choroby zakaźne.