К концу 1772 г. ученый представил Академии наук первые результаты — в частности, записи о том, что при сгорании серы и фосфора вес продуктов горения превышает вес исходных веществ за счет связывания воздуха, а вес свинцового глета (оксида свинца) при восстановлении до свинца уменьшается, но при этом выделяется значительное количество воздуха. В 1783 г. Лавуазье повторил опыты Кавендиша по сжиганию «горючего» воздуха (водорода) и сделал вывод, что «вода не есть простое тело», а является соединением водорода и кислорода, и ее можно разложить пропусканием водяного пара через раскаленный докрасна ружейный ствол. В 1877 г. ученый выступил со своей теорией горения на заседании Академии наук, существенно ослабив основы теории флогистона, окончательное поражение которой было нанесено исследованиями состава воды.
Впрочем, подробное изучение свойств кислорода и его роли в процессах горения привело Лавуазье к неправильному выводу, будто бы этот газ представляет собой кислотообразующее начало. В 1779 г. ученый даже ввел для кислорода название oxygenium (от греч. «окис» — кислый, «геннао» — рождаю), то есть «рождающий кислоты». И до конца своей жизни настаивал на том, что кислород представляет собой атомарный «элемент кислотности» и что образуется он только тогда, когда соединяется с «теплородом», «материей теплоты». То, о чем Лавуазье писал в своих статьях, было не столько открытием кислорода, сколько кислородной теорией горения. Эта теория стала ключом для перестройки химии, которую называют революцией в науке.
В настоящее время кислород очень широко используется во многих областях человеческой деятельности. Его применяют для ускорения химических процессов на производствах (например, в производстве серной и азотной кислот, в доменном процессе). Кислородом пользуются для получения высоких температур, для чего различные горючие газы (водород, ацетилен) сжигают в специальных горелках. Смеси жидкого кислорода с угольным порошком, древесной мукой или другими горючими веществами, называемые оксиликвитами, обладают очень сильными взрывчатыми свойствами и применяются при подрывных работах. Кислород давно и широко используют в медицине, при этом далеко не каждый анестезиолог-реаниматолог знает, каким же способом получают столь необходимый для его деятельности газ.
Фотосинтез — один из важнейших биологических процессов, протекающих в природе, ведь именно благодаря ему происходит образование органических веществ из углекислого газа и воды под действием света, а главное — выделяется кислород.