1774年10月，普里斯特利向拉瓦锡介绍了自己的实验：氧化汞加热时，可得到一种气体，它能够使蜡烛燃烧得更明亮，还能帮助呼吸。当时，舍勒、普里斯特利、拉瓦锡和英国化学家梅奥都觉察到燃烧和呼吸极其相似。

1782—1783年期间，拉瓦锡和法国科学家拉普拉斯合作，开始了动物的呼吸作用的研究。为了验证这种相似，他们两人首先设计了一种热量的测量器——冰量热计，它是通过吸放热过程中冰体积的变化而间接得到热量值的一种设备。有了它，他们就可以测量动物呼吸所发生的热量变化了。他们首先用豚鼠做实验：将豚鼠放在一个密闭的容器中，用冰量热计测定豚鼠通过呼吸作用所产生的热量。实验结果表明豚鼠在呼吸过程中确实有热量产生，且豚鼠呼出的二氧化碳的量和将足量的碳放入相同密闭容器中燃烧后所得的二氧化碳的量是相同的。

为了进一步证明人类的呼吸作用，拉瓦锡于1789年做了著名的呼吸实验，见下图。图中他的实验合作者通过固定在面具上的导管从瓶中吸入氧气，呼出的气体进入立在槽中的另一个瓶内，拉瓦锡夫人坐在桌边进行实验记录。拉瓦锡在他与拉普拉斯合作的论文（1789年、1793年发表）中，详细描述了呼吸实验，以及实验中测得的消耗的氧气的量和产生的水、二氧化碳的量。通过实验，拉瓦锡认为吸入肺中的氧气氧化血液中的含碳物质，产生二氧化碳，随后由肺部呼出。动物体热就是这个氧化的化学过程的结果。从化学的观点看，物质燃烧和动物的呼吸同属于空气中氧所参与的氧化作用。

拉瓦锡对呼吸作用本质的研究，有力地促进了对动物呼吸代谢的研究。