Wenige Konzepte „haben einen festeren Griff auf den Geist gelegt“, schrieb er, als dass Luft „eine einfache elementare Substanz ist, unzerstörbar und unveränderlich.“
Joseph Priestley mag auf den ersten Blick kein bekannter Name sein, aber seine Beiträge zur Wissenschaft sind monumental. Priestley, dem die Entdeckung des Sauerstoffs im Jahr 1774 zugeschrieben wird, fand heraus, dass „Luft keine elementare Substanz ist, sondern eine Zusammensetzung oder ein Gemisch von Gasen.“ Er fand ein farbloses und hochreaktives Gas, das er als „dephloginierte Luft“ oder, wie es später genannt wurde, als Sauerstoff bezeichnete.
Sein berühmtestes Experiment wurde am 1. August 1774 durchgeführt. Er benutzte eine gläserne „Brennlinse“, um das Sonnenlicht auf einen Klumpen rötlichen Quecksilberoxids zu fokussieren, der sich in einem umgedrehten Glas befand und in ein Quecksilberbecken gelegt wurde. Er fand heraus, dass das ausgestoßene Gas „fünf- oder sechsmal so gut wie gewöhnliche Luft“ war. Nachfolgende Tests ergaben, dass es eine Flamme intensiv brennen ließ und „eine Maus etwa viermal so lange am Leben hielt wie eine ähnliche Menge Luft.“
Mit seinen Experimenten konnte Joseph Priestley eine der vielen Fragen beantworten, die die Wissenschaftler zu dieser Zeit umtrieben: Wie und warum brennen Dinge?
Obwohl seine berühmteste Entdeckung der Sauerstoff war, ist Joseph Priestley für viele andere Entdeckungen berühmt. Er isolierte und charakterisierte acht weitere Gase. Dazu gehörten Ammoniak, Schwefeldioxid, Distickstoffoxid und Stickstoffdioxid. Priestly war auch der Schöpfer von kohlensäurehaltigem Wasser. Er nannte es „Mephetic Julep“ und hoffte, dass es für Seeleute auf langen Reisen nützlich sein würde, um Skorbut vorzubeugen.
Außerdem erfand er den Radiergummi und schrieb schon früh eine wichtige Abhandlung über Elektrizität, die von seinem Freund Benjamin Franklin angeregt wurde.
Als Liebhaber der Politik und als liberaler politischer Theoretiker bekannt, schrieb er auch viel über diese Themen. Seine unorthodoxen Schriften, gepaart mit seiner glühenden Unterstützung der amerikanischen und französischen Revolution, führten dazu, dass er von vielen seiner Landsleute gemieden wurde und aus England fliehen musste.
Im Jahr 1794 ließ er sich in Pennsylvania nieder, um seine Forschungen fortzusetzen. Obwohl ihm eine Stelle an der von seinem Freund Benjamin Franklin gegründeten University of Pennsylvania angeboten wurde, lehnte Priestley ab. Stattdessen zog er es vor, in Northumberland, Pennsylvania, zu leben und seine Forschungen fortzusetzen. Obwohl er nie amerikanischer Staatsbürger wurde, war er sowohl mit Thomas Jefferson als auch mit John Adams eng befreundet. Thomas Jefferson drückte aus, dass er Priestley als „eines der wenigen für die Menschheit wertvollen Leben“
Joseph Priestley setzte seine wissenschaftliche Arbeit fort, während er sich in Pennsylvania niederließ, mit seiner Frau und seinem Sohn bis zu seinem Tod im Jahr 1804.