En 1774, mientras hacía experimentos en el sur de Inglaterra, logró aislar un gas que aumentaba la brillantez de las velas. Luego puso un ratón en un recipiente de cristal e introdujo 60 mililitros (2 onzas) de ese gas. El ratón sobrevivió el doble del tiempo que hubiera sobrevivido si hubiera estado en un recipiente solo con aire. Priestley mismo inhaló el gas y dijo que lo hizo sentir ligero y que pudo respirar mejor por un rato.

Había descubierto el oxígeno.a No obstante, lo llamó aire desflogistizado pensando que era aire ordinario que carecía de flogisto, una supuesta sustancia que se creía que dificultaba la combustión. Aunque Priestley llegó a la conclusión equivocada, muchos piensan que este descubrimiento fue “el más importante de su vida”.