Vagyona lehetôvé tette, hogy költséges laboratóriumi berendezéseket vásároljon. Kínosan ügyelt arra, hogy a legjobb készülékek álljanak rendelkezésére. Gyakran tartott bemutató elôadásokat elôkelô barátainak. Ezeken a bemutatókon sor került például a gyémánt égetésére. Saját vagy vendégei ékköveit gyújtólencsével gyújtotta meg.

Kísérletei rendszerint nem voltak újak, fôként korábbi munkákat ismételt, de egészen más szempontok vezették, mint elôdeit. Már elsô munkája is a mennyiségi elemzés szükségességét hirdette. A tömegmegmaradást a kémiai folyamatok alapelvének tekintette. Az erjedést tárgyalva megállapította, hogy "... semmi sem teremtôdik sem mesterséges, sem természetes folyamatokban, és elvként mondhatjuk ki, hogy minden mûvelet elôtt és után az anyag mennyisége azonos, csupán változások, átalakulások játszódnak le. Ezt az elvet a kémia minden kísérleti munkájában megtalálhatjuk: mindig fel kell tételeznünk, hogy teljes egyenlôség van azok között az anyagok között, amelyekbôl a testeket felépítjük, és amelyeket ezek analízisekor kapunk..." 1783-ban – a flogisztonelméletet cáfolva – Lavoisier feliratot intézett az akadémiához, amelyben kifejtette, hogy minden kémiai folyamat jól magyarázható, ha elfogadják, hogy az égés nem más, mint oxigénnel való egyesülés. 1789-ben jelent meg tankönyve, a "Traité Elémentaire de Chimie", az elsô modern kémia tankönyv, amelyben átfogó képet adott a kémia egészérôl.

Részt vett az új kémiai nevezéktan megalkotásában. Az volt a véleménye, hogy a vegyületek neve fejezze ki összetételüket, ezért az elemek nevének rögzítése után a vegyületek nómeklatúráját állították össze. 1791-ben tagja volt az új mértékrendszert kidolgozó bizottságnak.