Pocos conceptos «se han apoderado más firmemente de la mente», escribió, que el de que el aire «es una sustancia elemental simple, indestructible e inalterable».
Joseph Priestley puede no parecer un nombre familiar de entrada, pero sus contribuciones a la ciencia son monumentales. Acreditado con el descubrimiento del oxígeno en 1774, Priestley descubrió que «el aire no es una sustancia elemental, sino una composición» o mezcla de gases». Encontró un gas incoloro y altamente reactivo que denominó «aire desflogístico», o como se denominó posteriormente, oxígeno.
Su experimento más famoso se realizó el 1 de agosto de 1774. Utilizó una «lente ardiente» de cristal para enfocar la luz del sol sobre un trozo de óxido mercúrico rojizo contenido en un vaso invertido y colocado en un charco de mercurio. Descubrió que el gas emitido era «cinco o seis veces mejor que el aire común». Sucesivas pruebas descubrieron que hacía arder intensamente una llama y «mantenía vivo a un ratón unas cuatro veces más que una cantidad similar de aire»
A través de sus experimentos, Joseph Priestley fue capaz de responder a una de las muchas preguntas que habían desconcertado a los científicos de la época: ¿Cómo y por qué arden las cosas?
Aunque su descubrimiento más famoso fue el oxígeno, Joseph Priestley es famoso por muchos otros descubrimientos. Aisló y caracterizó otros ocho gases. Entre ellos, el amoníaco, el dióxido de azufre, el óxido nitroso y el dióxido de nitrógeno. Priestly fue también el creador del agua carbonatada. La bautizó como «julepe mefético» y esperaba que fuera de utilidad para los marineros que emprendían largas travesías para evitar el escorbuto.
También inventó la goma de borrar, y escribió un importante artículo al principio sobre la electricidad que fue alentado por su amigo, Benjamin Franklin.
Amante profundo de la política, y conocido por ser un teórico político liberal, también escribió mucho sobre estos temas. De hecho, sus escritos poco ortodoxos, unidos a su ardiente apoyo a las revoluciones americana y francesa hicieron que fuera rechazado por muchos de sus compatriotas y se viera obligado a huir de Inglaterra.
En 1794, se estableció en Pensilvania para continuar con sus investigaciones. Aunque le ofrecieron un puesto en la Universidad de Pensilvania, fundada por su amigo Benjamin Franklin, Priestley lo rechazó. En su lugar, optó por vivir en Northumberland, Pensilvania, y continuar con sus investigaciones. Aunque nunca llegó a ser ciudadano estadounidense, fue muy amigo de Thomas Jefferson y John Adams. Thomas Jefferson expresó que veía a Priestley como «una de las pocas vidas preciosas para la humanidad»
Joseph Priestley continuó su trabajo científico mientras estaba establecido en Pensilvania, con su esposa e hijo hasta su muerte en 1804.