实际上，远在古代，人们早就在日常生活和生产实践中，掌握了鼓风助燃的道理。鼓风就是鼓空气，空气鼓得越足，火焰也越旺盛。但是，在整个古代，人们对自然现象还缺乏细致的分析。火和空气到底有没有关系呢？有许多人看来，还是个谜。直到后来有一次，波义耳把一个玻璃瓶中的空气抽成真空状态，再在这个抽成真空的瓶中点燃蜡烛、焦炭、硫磺等可燃物体，结果发现它们都不能燃烧，完全失去了燃烧能力。他发现，火焰不能在这个抽成真空的瓶中存在。这样，人们才意识到火和空气之间原来是有着必然联系的。
火和空气有联系，那么是什么样的联系呢？在17世纪下半叶，英国的物理学家和化学家胡克曾对此问题有过研究。在他看来，空气好比一种溶剂，燃烧就是可燃性硫在空气中溶解的过程。当可燃性物体中的硫大量地溶解到空气中去的时候，产生了许多热，这就是火。在燃素说发展起来以后，空气就十分自然地变成了燃素的溶剂。有空气，燃素就能溶解出来；没有空气，燃素自己不会从物体中跑出来。所以，直到18世纪上半叶，人们对空气的认识还相当笼统和模糊。空气是“空气”，其他气体也是“空气”。一说起“空气”就是一种包罗万象，笼统称之为“气”元素。面对这样的混乱局面，总有些人设法去改变它。
1755年，英国的化学家布拉克做了一个实验，通过这个实验他发现了“固定空气”即二氧化碳（也叫碳酸气），这才把笼统的“气”元素打碎了。布拉克把石灰石放在容器中煅烧，煅烧前后分别称其重量，结果发现，煅烧后石灰石的重量减少了44%，他断定这是因为有气体放出的缘故。石灰石是烧石灰的原料，他又将石灰石放入酸中，发现石灰石遇到酸还会“吱吱”冒气，为什么石灰石遇酸会冒气呢？这种气体是什么？布拉克用集气瓶把这种气体收集起来，并用石灰水吸收它，结果澄清的石灰水由于吸收了这种气体却变得混浊起来。再把点燃的蜡烛放在盛有该气体的集气瓶中，蜡烛马上熄灭。这种气体果真厉害！于是布拉克想，它既然有这么大的威力，看看它对有生命的东西会怎样？他把麻雀和老鼠等小动物拿来，然后把它们一一放到盛有这种气体的集气瓶中，结果，麻雀也好，老鼠也好，没有一个可以幸免于死，它们先是痛苦地挣扎着，随后便慢慢地倒在瓶里，再也不能动弹了。布拉克觉得这种气体实在是值得研究，于是想把它收集起来，当他用一瓶盛有石灰水的瓶子来收集这种气体时，他又发现，这种气体的重量与煅烧时放出来的气体重量相等。很显然，这种气体与寻常的空气不一样。由于这种气体是固定在石灰石中，当时布拉克就叫它“固定空气”。以后，布拉克又以碳酸镁做了类似的实验，发现镁石中也存在“固定空气”。这样，在布拉克实验的启迪下，人们不久就发现，“固定空气”不仅存在于石中，动物呼吸中也有，而且木炭燃烧时也有“固定空气”生成，在大气中也常常包含着“固定空气”的成分。“固定空气”既固定又不固定。
在燃素说看来，石灰石煅烧失重，变成碱性的石灰，完全是石灰石在煅烧时吸收了燃素的结果。然而，联系到石灰石遇酸冒气的事实，在对石灰石的煅烧过程进行了大量的研究以后，布拉克断言，石灰石的失重，石灰的碱性，都是由于失去了酸性的“固定空气”所引起的，而与吸收不吸收燃素没有丝毫的关系。这一发现无疑是对燃素说的一个沉重的打击。
但是由于“固定空气”易溶于水，因此布拉克等始终未能收集到纯净的这种气体。直到1766年，英国人卡文迪许才用汞槽法收集这种气体并取得成功。卡文迪许测定了“固定空气”的比重和溶解度，并用确凿的实验证明了它和动物呼出的气体，以及木炭燃烧后产生的气体相同。这种气体后来人们称它为二氧化碳。就这样，人们在大量的科学实验的基础上，发现了二氧化碳气体，从此人们对火和燃烧现象的认识也便走向科学的轨道上来。
二氧化碳的发现，揭开了气体化学的序幕。从此，一系列的气体陆续从空气中分离出来了。
卡文迪许在测定了二氧化碳的一些性质以后，又开始继续他的定量的实验研究。他用铁和锌等作用于盐酸及稀硫酸制得了氢气，并用排水集气法收集了起来。他在实验中发现，用一定量的某种金属与足量的各种酸作用，所产生的氢气其量总是固定的，与所作用的酸的种类无关，也与酸的浓度无关。有一次，他将收集到的不纯的（混有空气）氢气用火点燃，结果，“轰”的一声爆鸣声吓了他一跳，这可是以前没有发现的现象。于是卡文迪许认识到这种气体和其他已知的各种气体都不同，它既不像空气那样有利于燃烧，也不像“固定空气”那样能被碱吸收，它本身却能在空气中燃烧，且发出轻轻的爆鸣声，他把这种新发现的气体——氢气，叫做“可燃空气”。
这种气体是从哪里来的呢？从制作方法上看，它不是从酸中而来，就是从金属中而来，卡文迪许认为这种气体不是酸中产生的，而是由金属中分解出来的。由于卡文迪许是燃素说的虔诚信徒，他认为金属中含有燃素，金属在酸中溶解的时候，他们的燃素便释放了出来，形成了“可燃空气”——氢气。他甚至误认为氢气就是燃素。
二氧化碳的发现，否定了燃素说对石灰石煅烧失重的解释，而氢气的发现却又成了论述燃素存在的新证据。燃素到底有没有？氢气真的是燃素吗？燃烧的原因到底是什么？这一连串的问题成了当时的大问题，它迫使化学家们继续不断地向前探索。
18世纪70年代，法国已经进入了资产阶级革命的前夜，在英国，一个大规模的工业革命高涨时期已经到来。社会的进步有力地促进了工业生产的新高潮，工业机械化的需要对冶金工业，特别是钢铁工业，在数量和质量上都提出了新要求。而要提高金属的质量，第一步就必须弄清楚在鼓风炉里发生着的化学过程的全部细节。
一般说来，鼓风炉里，不外总是矿砂和焦炭在燃烧。但谁都知道，不鼓风，没有空气的帮助，矿砂、焦炭本身是烧不起来的。在各种物质中间燃烧关系最大的还是空气。这样，人们再也不能忽视空气的作用了。正如有些科学家所断言的那样：“要作出有关火的现象的任何真实的判断，没有空气的知识是不行的。”为了了解燃烧的本质，人们的注意力就愈来愈多地集中到空气上来了。
对空气的深入剖析，首先是从考察二氧化碳即“固定空气”的来历入手的。为什么木炭在空气中燃烧会生成二氧化碳，二氧化碳本身又是什么？1772年，英国的卢瑟福对空气进行了初步的剖析，进行了一系列的实验研究。
有一天，卢瑟福将一只小老鼠放进了一个密封的容器里，然后观察老鼠的反应。起初的时候，小老鼠艰难地喘息着，渐渐地呼吸越来越困难，最后可怜的小老鼠就闷死在器皿中。等这一切都发生过了，卢瑟福发现容器内空气的体积比以前减少了，容器内剩余气体再用碱溶液来吸收，气体还会继续减少。这说明容器中的空气含量中，有一部分是氧气，小老鼠吸收完这些氧气后，就再也得不到生命所必需的气体——氧气而一命呜呼了。还有一部分就是能被碱液吸收的碳酸气，也就是二氧化碳。
卢瑟福就是用这种方法除去空气中的氧和二氧化碳，并且对剩余气体作进一步的实验研究。他在老鼠不能生存的空气里点起一支蜡烛，蜡烛仍然可以隐隐发光；等到蜡烛熄灭后，往其中投入一小块磷，磷还会发光燃烧。通过这些实验现象，他觉得要从空气中除净这些助燃烧和助呼吸的气体是很困难的。以后，他又在密闭的器皿中，利用燃烧磷来除去这种助燃烧和助呼吸的气体，发现效果很好。卢瑟福并没有因找到了除净空气中的氧的办法而终止他的实验。他又继续做了大量的实验研究，发现器皿中的剩余气体不但能灭火，而且还不能维持动物的生命，他给这种剩余气体起名叫“浊气”。他所说的“浊气”其实就是氮气。“浊气”为什么能灭火呢？卢瑟福有自己的理论，他认为“浊气”是给燃素饱和了的空气，意思是说，因为它已吸足了燃素，因此失去了助燃能力。
当然，18世纪的任何发明与发现，都是很难属于某一个人的。当时在研究空气和燃烧关系的科学家还有瑞士的舍勒，英国的普利斯特里和卡文迪许，法国的拉瓦锡等。他们所用的实验方法几乎相同，并且都发现了空气中主要含有两种成分——有助于燃烧和呼吸的气体（氧气）和对燃烧和呼吸不利的气体（氮气）。但是，这两种气体是什么，当时还没有人对它们达成统一的认识，在这个问题的认识上，由于每个人的指导思想不同，因此他们只好分道扬镳了。
百年实验
出身贫寒的瑞士药剂师舍勒，为了谋求生活，一直在药房打工，他经常利用工作之余做一些实验来研究身边所发生的各种问题。燃烧现象的研究兴起以后，他便利用药房的一些方便条件，做了一系列的实验。他能用两种方法来制取氧气，这在当时是很了不起的事情。他总结了自己所做的各种实验结果，最后得出结论。他认为，空气能够助燃是因为空气中含有一种特殊的成分“火气”，它特别容易吸收燃素，“火气”吸收了物体中的燃素后变成了热，通过容器壁上的细孔跑掉了，结果就留下了完全不会吸收燃素的“浊气”。“浊气”是一种同燃素没有任何关系的气体。其实，舍勒所说的“火气”和“浊气”就是我们今天所说的氧气和氮气。尽管他关于“火气”吸收燃素变成热的见解近乎荒唐，但他却是第一个确认空气中包含两种成分的人。
1774年，普利斯特里利用一个直径为0.3048米的聚光镜来进行物质加热实验，看一看物体加热后会不会放出气体，并用汞槽来收集产生的气体，以便研究它们的性质。
8月的一天，他像以往做其他物质的分解实验一样把汞煅灰（氧化汞）放在玻璃器皿中用聚光镜加热，不一会儿，器皿中的物质就分解了并放出气体。他想，这种气体一定是空气。他用上水集气法收集了放出的气体，然后把点燃的蜡烛放在集气瓶中，结果蜡烛燃烧得更旺了，火焰也更加明亮起来。这使普利斯特里非常兴奋，他心里想，再用老鼠试试看，于是他把老鼠放在集气瓶中，同时，他把另一只放在盛有空气的同样瓶中，结果，在盛有空气的集气瓶中的老鼠早早地就死去了，而另一只老鼠则比它活的时间长了很多。这只“幸运”的老鼠为什么能多活了这么长时间呢？一定是这种气体有助于动物的生存，不妨自己试试看。普利斯特里大胆地试着吸入这种气体，呀！真奇怪，他顿时觉得呼吸轻快了许多，使他感到格外舒畅。
其实，这些实验结果已雄辩地说明了空气中含有一种能够助燃烧和助呼吸的成分——氧气。但是，普利斯特里是个极顽固的燃素说的信徒，即使有了以上这样的实验依据，他还仍然认为空气是一种单一的气体，助燃能力所以不同，是因为燃素的含量不同。从汞煅灰里分解出来的是新鲜的、一点燃素都没有的空气，所以吸收燃素能力特别强，助燃能力也就格外大，他把这样的空气叫做“无燃素空气”；平常的大气，由于经过动物的呼吸，植物的燃烧和腐烂，已经吸收了不少燃素，所以助燃能力就比较差了。一旦空气被燃素所饱和，就不会再继续助燃，变成了“被燃素饱和了的空气”，也就是卢瑟福所说的“浊气”。
总之，在普利斯特里看来，氧气和氮气的差别仅仅在于氧气是一点儿也不含燃素的空气，氮气是吸足了燃素的空气，平常的空气就是在燃素的含量上近乎两者之间。
法国的拉瓦锡是燃素说的根本反对者，当他了解到了普利斯特里有关氧气的实验后，他花费了大量时间，把大量的精确实验材料联系起来，用天平作为研究的基本工具，对前人做过的许多实验进行了定量分析，终于揭露了燃素说的内在矛盾。
1774年，他用锡和铅做了著名的金属煅烧实验。他在实验仪器是一个曲颈瓶和一架天平。他把事先准备好的锡和铅精确地称量好，分别放入曲颈瓶中，用塞子把瓶口密封，再用天平精确地称量金属与瓶的总重量，然后加热，直到铅和锡全部变为灰烬，再用天平进行称量，结果他发现，加热前后，总重量没有变化。另一方面，当他把曲颈瓶子打开时，发现有空气冲了进去，这时再进行称量，瓶和金属煅灰的总重量却增加了，而且所增加的量和金属经煅烧后增加的重量恰好相等。在事实面前，拉瓦锡对燃素发生了极大的怀疑，金属的煅灰会不会是金属和空气的化合物？为了证明这个想法，他又用煅灰反复做了许多实验，结果意外地发现，把煅灰与焦炭一起加热时有大量二氧化碳释放出来，同时，煅灰又变成为金属铅。这使他感到不仅是简单地从焦炭中吸取一点燃素的问题了。否则那么多的二氧化碳从哪里来？再联想到焦炭在空气中燃烧也生成二氧化碳的事实，使拉瓦锡更确信煅灰是金属和空气相结合的产物，而且，煅灰在和焦炭共热时所放出的二氧化碳一定是从煅灰中释放出来的空气与焦炭相结合的结果。