Joseph Priestley
mudah untuk diklasifikasikan. Sejarawan sains Simon Schaffer dalam tulisannya menyebut bahwa karya tersebut "dipandang sebagai cabang ilmu fisika, atau kimia, atau filsafat alam, atau beberapa versi idiosinkratis tingkat tinggi dari penemuan Priestley sendiri". Terlebih lagi, karya tersebut adalah sebuah usaha ilmiah dan politik Priestley, karena ia menegaskan bahwa sains
dapat menghancurkan "otoritas yang dirampas dan tidak semestinya" dan bahwa pemerintah memiliki "alasan untuk gemetar bahkan pada pompa udara atau mesin listrik".
Dalam waktu singkat, ia menemukan beberapa gas baru. Dalam buku "Experiments and Observations on Different Kinds of Air" Volume I, sejumlah penemuannya dijelaskan: "udara nitrat" (nitrogen monoksida, NO); "uap garam alkohol", yang kemudian disebut sebagai "udara asam" atau "udara asam laut" (asam klorida anhidrat, HCl); "udara basa" (amonia, NH); "udara nitrat tak terflogiston" (dinitrogen
monoksida, NO); dan, yang paling terkenal, "udara tak terflogiston" (oksigen, O). Ia juga berhasil mengisolasi karbon monoksida (CO), namun ia tampaknya tidak menyadari bahwa gas tersebut adalah "udara".
Pada bulan Agustus 1774, sewaktu melakukan percobaan di bagian selatan Inggris, Priestley berhasil memisahkan suatu gas yang membuat api lilin bersinar lebih terang, yang dihasilkan dari sinar matahari yang difokuskan menggunakan lensa pembakar pada suatu sampel raksa (II) oksida. Lalu, ia menaruh 60 mililiter gas itu dan seekor tikus dalam sebuah wadah kaca. Tikus
tersebut mampu bertahan hidup dua kali lebih lama daripada yang dimasukkan ke dalam wadah berisi udara biasa. Bahkan, Priestley sendiri menghirup gas itu, dan ia mengatakan bahwa ia "merasa tubuhnya lebih segar selama beberapa saat setelahnya". Priestley sebenarnya menemukan gas oksigen (O). Tapi, ia menyebut gas itu sebagai "udara tak berflogiston",
karena mengira bahwa ia telah menemukan udara biasa yang tidak mengandung "flogiston". Ternyata kesimpulan Priestley tersebut salah. Tapi, banyak orang masih menganggap temuannya ini sebagai "puncak prestasinya". Bulan Oktober di tahun yang sama, ia menemani rekannya, Lord Shelburne, dalam perjalanan ke Belgia, Belanda, Jerman, dan Perancis. Ketika ia berada di Paris, ia
memberi tahu ahli kimia Perancis Antoine Lavoisier bagaimana dia mendapatkan "udara" baru. Pertemuan antara kedua ilmuwan ini sangat penting bagi para ilmuwan kimia di masa depan. Lavoisier segera mengulangi eksperimen Priestley dan, antara tahun 1775 dan 1780, melakukan penyelidikan intensif yang darinya ia memperoleh sifat dasar "udara" tersebut, mengenalinya sebagai udara "aktif" di
atmosfer, menafsirkan perannya dalam pembakaran dan respirasi, dan memberi nama pada "udara" baru tersebut, yaitu oksigen (O). Setelah kembali ke Britania Raya pada Januari 1775, ia melanjutkan percobaannya dan menemukan "udara asam vitriolat" (belerang dioksida, SO). Pada bulan Maret ia menulis pada sejumlah tokoh terkait "udara" baru yang telah ia temukan pada bulan
Agustus. Salah satu dari surat tersebut dibacakan pada Royal Society, dan sebuah makalah yang menguraikan penemuan tersebut, berjudul "An Account of further Discoveries in Air", diterbitkan dalam jurnal Royal Society, "Philosophical Transactions".
Priestley menyusun makalahnya mengenai oksigen dan penemuannya yang lain dalam "Experiments and Observations on Air" volume kedua, yang diterbitkan tahun 1776. Ia tidak menekankan penemuannya atas "udara tak terflogiston" (disampaikan pada Bagian III dari volume ini) namun malah berpendapat dalam kata pengantar betapa pentingnya penemuan tersebut untuk agama rasional. Makalahnya menceritakan
penemuan ini secara kronologis, menghubungkan penundaan yang lama antara eksperimen dan kebingungan pada dirinya saat permulaan; karenanya, sulit untuk menentukan kapan tepatnya Priestley "menemukan" oksigen. Penentuan tanggal ini sangatlah penting lantaran baik Lavoisier maupun ahli farmasi Swedia Carl Wilhelm Scheele memiliki klaim yang kuat pula terhadap penemuan oksigen, Scheele menjadi
yang pertama mengisolasi gas ini (walaupun ia mempublikasikan penemuannya tersebut setelah Priestley) dan Lavoisier menjadi yang pertama menjelaskan gas ini sebagai "udara itu sendiri tanpa ada gangguan" yang murni (yaitu, yang pertama menjelaskan oksigen tanpa teori flogiston).
Dalam makalahnya "Observations on Respiration and the Use of the Blood", Priestley menjadi yang pertama menyarankan suatu hubungan antara darah dan udara, walau ia melakukannya menggunakan teori flogiston. Dalam gaya khas Priestley, ia menyampaikan pengantar makalahnya tersebut dengan sejarah mengenai studi respirasi. Satu tahun kemudian, benar-benar dipengaruhi oleh Priestley, Lavoisier turut mendiskusikan
topik respirasi pada Académie des sciences. Karya Lavoisier tersebut menjadi awal bagi penemuan yang panjang yang menghasilkan makalah-makalah mengenai respirasi oksigen dan berpuncak pada digantikannya teori flogiston dan didirikannya kimia modern.
Sekitar tahun 1779 Priestley dan Shelburne terlibat dalam perselisihan, dengan alasan yang tidak jelas. Shelburne menyalahkan kondisi kesehatan Priestley, sementara Priestley mengatakan bahwa Shelburne tidak lagi memerlukan jasanya. Beberapa tokoh kontemporer berspekulasi bahwa keterbukaan Priestley sebagai penasihat membahayakan bagi karier politik Shelburne. Schofield berpendapat bahwa
alasan yang paling masuk akal terkait hal ini adalah pernikahan Shelburne saat itu dengan Louisa Fitzpatrick-yang tidak menyukai Priestley. Walaupun Priestley mempertimbangkan untuk pindah ke Amerika, ia kemudian menerima tawaran dari New Meeting di Birmingham untuk menjadi pendeta di sana.
Baik keluarga Priestley maupun Shelburne tetap memegang teguh kepercayaan Unitarian mereka selama turun-temurun. Pada Desember 2013, dilaporkan bahwa Sir Christopher Bullock- keturunan langsung dari saudara laki-laki Shelburne, Thomas Fitzmaurice- menikahi istrinya, Lady Bullock, née Barbara May Lupton, di Gereja Essex, sebuah gereja Unitarian di London pada tahun 1917. Barbara Lupton merupakan sepupu kedua dari Olive Middleton, née Lupton, nenek buyut
Catherine, Istri Adipati Cambridge. Pada tahun 1914, Olive dan Noel Middleton menikah di Kapel Mill Hill di Leeds, tempat Priestley menjabat sebagai pendeta dan mengarahkannya pada paham Unitarianisme.
Pada tahun 1780, Priestley menuju Birmingham dan ditunjuk menjadi pendeta junior. Nama Priestley semakin tersohor setelah menjadi anggota Lunar Society. Pada tahun 1782, ia terpilih sebagai Anggota Kehormatan Luar Negeri dari Akademi Seni dan Ilmu Pengetahuan Amerika Serikat. Priestley menerbitkan beberapa makalah ilmiah di Birmingham, banyak diantara makalah tersebut berusaha menyangkal Lavoisier. Priestley dan
anggota Lunar Society lainnya berpendapat bahwa sistem Perancis yang baru terlalu mahal, terlalu sulit untuk diuji, dan rumit.
Namun, kekagumannya pada Revolusi Perancis membuatnya terusir ke luar kota. Priestley dan keluarganya dipaksa meninggalkan kota ini pada tahun 1791 akibat serangan yang dilakukan para perusuh dalam apa yang kemudian dikenal sebagai kerusuhan Priestley.
Sebagai hasil dari lingkungan intelektual yang menstimulasinya, ia menerbitkan beberapa makalah ilmiah penting, termasuk "Experiments relating to Phlogiston, and the seeming Conversion of Water into Air" (1783). Bagian pertama dari makalah ini mencoba untuk menyangkal tantangan Lavoisier terhadap karyanya mengenai oksigen; bagian kedua menjelaskan bagaimana uap "diubah" menjadi udara. Setelah beberapa variasi
percobaan, dengan bahan yang berbeda sebagai bahan bakar dan beberapa alat pengumpul yang berbeda (yang menghasilkan hasil yang berbeda), ia menyimpulkan bahwa udara dapat melakukan perjalanan melalui lebih banyak zat daripada yang diperkirakan sebelumnya, sebuah kesimpulan yang "bertentangan dengan semua prinsip hidrostatik yang dikenal". Penemuan ini, bersama dengan karya-karya