Nel 1767 lavorò su uno studio geologico dell'Alsazia-Lorena.
Venne eletto membro dell'Accademia francese delle scienze nel 1768 all'età di 25 anni.
Nel 1771, sposò la tredicenne Marie-Anne Pierrette Paulze, che divenne nel tempo una sua collaboratrice scientifica, tradusse opere dall'inglese e illustrò i suoi libri.
In "Reflexions sur le Phlogistique", 1783, Lavoisier mostrò che la "teoria del flogisto" era inconsistente.