Su mayor contribución es la formulación del Principio de conservación de la materia, redactado en su Tratado elemental de química 1789 y la fundación de la Química cuantitativa.
Sus investigaciones le llevan a comprobar la existencia del flogisto, sustancia sobre la que pensaba era componente de los cuerpos y se desprendía mediante la aplicación calor. En su Método de nomenclatura química, publicado en 1787, clasifica y sistematiza la formulación de las reacciones químicas.
Fue uno de los protagonistas principales de la revolución científica que condujo a la consolidación de la química, por lo que es considerado el fundador de la química moderna.
Realizó los primeros experimentos químicos realmente cuantitativos. Demostró que en una reacción,la cantidad de materia siempre es la misma al final y al comienzo de la reacción. Estos experimentos proporcionaron pruebas para la ley de la conservación de la materia.
Investigó la composición del agua y denominó a sus componentes Oxígeno e Hidrógeno. Algunos de los experimentos más importantes de Lavoisier examinaron la naturaleza de la combustión, demostrando que es un proceso en el que se produce la combinación de una sustancia con Oxígeno. También reveló el papel del oxígeno en la respiración de los animales y las plantas.
Concibió el Método de nomenclatura química (1787). En el Tratado elemental de química (1789), aclaró el concepto de elemento como una sustancia simple que no se puede dividir mediante ningún método de análisis químico conocido, y elaboró una teoría de la formación de compuestos a partir de los elementos. También escribió sobre la combustión (1777) y consideraciones sobre la naturaleza de los ácidos (1778).
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