Он получил этот важный химический элемент путем разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде, направляя на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы.
Кислород как простое вещество при нормальных условиях представляет собой газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода, в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твердый представляет собой кристаллы светло-синего цвета. Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом». О своем открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.
Пристли можно считать одним из основоположников современной химии. В 1771 году он открыл фотосинтез, обнаружив, что воздух, «испорченный» горением или дыханием, становится вновь пригодным для дыхания под действием зелёных частей растений.