In 1770 ontwikkelde hij een nieuwe methode om salpeter te bereiden en in 1776 stelde hij een verbrandingstheorie op, die later de flogistontheorie zou verdringen. In 1787 stelde hij met C. L. Berthollet, A. F. de Fourcroy en L. B. Guyton de Morveau een nieuwe nomenclatuur op voor de structuur van scheikundige verbindingen, gebaseerd op zijn oxidatietheorie. In 1789 publiceert hij zijn ideeën in het boek “Traité élémentaire de chimie”.
Hij wordt beschouwd als de grondlegger van de moderne scheikunde. Hij formuleerde de – later naar hem genoemde - wet van behoud van massa (bij een chemische reactie).
In 1794 werd hij, tijdens de Franse Revolutie, veroordeeld en onthoofd vanwege zijn ambt als
algemeen pachter van de belastingen onder het Ancien Régime.