Arrhenius ble utpekt til å følge med Anders Sparrman på en offentlig bekostet bekostet reise til Senegal (1787-1788), men han vendte snart tilbake og bodde under tilbakereisen en tid i Paris. Han kom der i kontakt med den tidens fremste kjemikere og ble vunnet over til den reformbevegelsen innenfor kjemien, som begynte med Antoine Lavoisier (og som blant annet innebar avvising av flogistonteorien) og som hjemme i Carl Wilhelm Scheeles og Torbern Bergmans land ble betraktet som et fjernt og sannsynligvis snart undertrykt kjetteri. Arrhenius ble etter sin tilbakekomst en ivrig forkjemper for den nye kjemien. Etter at han i 1816 fratrådte tøymesterstillingen, jobbet han på Jacob Berzelius laboratorium og var alltid tilstede ved dennes forelesninger, helt inntil sykdommen, som til slutt førte til hans død, hindret ham å forlate sitt hjem.