Ao contrário do que pretendia a teoria do flogisto, portanto, nada estava sendo liberado, mas algo vinha se juntar à substância aquecida. Hoje se sabe que o oxigênio presente no ar é que se combina com ela. Lavoisier intuiu esse fenômeno já em 1774 ao enviar para a Academia de Ciências uma coleção de trabalhos, um dos quais sobre “a existência de um fluido elástico fixado em algumas substâncias e sobre os fenômenos que resultam de sua liberação e fixação”. Vários anos seriam necessários ainda para demonstrar cientificamente a composição do ar, por meio de uma experiência que se tornaria um clássico na história da Química.
Em 1783, Lavoisier sintetizou a água, misturando oxigênio e hidrogênio dentro de um grande frasco e desencadeando a reação através de uma centelha elétrica. Pouco mais tarde, conseguiu inverter o processo. Fez passar água muito lentamente por um cano de espingarda aquecido ao rubro e cheio de limalha de ferro. Com o calor, o oxigênio da água oxidava a limalha de ferro, ficando retido no caminho, enquanto o hidrogênio escapava livre pelo outro lado. A importância maior de Lavoisier não está, porém, no ineditismo de suas experiências, pois muitas foram inspiradas ou mesmo diretamente copiadas de seus colegas. A diferença está nas conclusões que ele soube tirar – estas sim, inteiramente originais.
Os químicos ingleses Joseph Priestley (1733-1804) e Henry Cavendish (1731-1810) são casos típicos de pesquisadores bem-sucedidos e teóricos equivocados. Trabalhador incansável, Priestley experimentava em todas as direções. Seu caderno de notas está cheio de expressões do tipo: “Mal podia eu esperar”, “qual não foi minha surpresa”, “por mero acaso tentei”, etc. Priestley isolou o oxigênio antes de Lavoisier e comunicou-lhe pessoalmente a descoberta numa visita a Paris. Ocorre, no entanto, que ele acreditava ter descoberto “ar desflogistificado”. O mesmo ocorreu com Lord Cavendish e a síntese da água.