Joseph Priestley ebbe un ruolo fondamentale negli studi sull'ossigeno. Egli infatti non solo riuscì ad isolarlo e ad identificarne alcune caratteristiche fondamentali, ma grazie al suo incontro a Parigi con Lavoisier riuscì anche a convincere il chimico francese a continuare le ricerche che quest'ultimo aveva già avviato in collaborazione con Scheele, ma che erano state tralasciate in favore dell'elaborazione di altre teorie. Con l'apporto strumentale (Priestley aveva infatti ideato un suo originale metodo per isolare l'ossigeno) e i risultati che l'inglese aveva già ottenuto le ricerche sull'ossigeno trovarono nuovo impulso.
Priestley non era un chimico di professione, ma un pastore della Chiesa anglicana che coltivava la sua personale passione per la chimica nel tempo libero.
Per studiare i gas aveva progettato uno strumento completamente nuovo costituito da un contenitore di vetro sigillato sul fondo del quale era versato del mercurio liquido. A Priestley era sufficiente poggiare sulla superficie di mercurio l'elemento da analizzare, riscaldarlo grazie ad una speciale lente particolarmente potente che si era fatto costruire appositamente per concentrare i raggi del sole, per ottenere nella parte del contenitore sovrastante il mercurio i gas prodotti naturalmente dal riscaldamento.
Con questo strumento Priestley riuscì ad isolare l'ossigeno riscaldando dell'ossido di mercurio che produsse un gas incolore. A questo punto delle ricerche giocò un ruolo fondamentale, per stessa ammissione dell'inglese la casualità (serendipity). Avendo infatti davanti a sé una candela provò di avvicinarla al gas e notò che la sua fiamma diventava più viva, osservazione che gli permise di concludere che quel gas dovesse essere necessario alla combustione.
A questo proposito Priestley scrisse: "Se io non avessi avuto quella candela davanti probabilmente non avrei mai fatto quella prova che mi consentì di scoprire la nuova aria... L'osservazione degli eventi che derivano da fatti casuali é spesso più importante (nella scienza) di quelli nati da un disegno prefissato o da una teoria preconcetta".
L'altro esperimento di rilievo che l'inglese condusse prima di consegnare i propri risultati agli studi di Lavoisier fu quello di porre un topo sotto una campana di vetro all'interno della quale vi fosse aria normale ed un altro sotto una campana riempita con aria arricchita di ulteriore ossigeno. Il topo sotto la seconda campana sopravvisse per il doppio del tempo provando che l'inalazione dell'ossigeno non causava alcun danno apparente e anzi rinvigoriva le forze.
Priestley ripeté poi l'esperimento su sé stesso e avendo provato una piacevole sensazione di benessere sotto la campana pensò di poter usare il gas a scopo ricreativo.