波意耳为人温良慈善，蔼然有礼，而又笃于友谊，重于情感，人们都很敬重他。在学术问题上，他坚持真理、重视论证。有次在他姐姐卡培利娜·雷尼拉芙夫人的宴会厅里开展了三天的热烈辩论。在座的法国著名哲学家、数学家勒内·笛卡儿，是波意耳的一位强有力的辩论敌手。
“我还是不同意您的意见。”波意耳对笛卡儿说道，“不应该把理性放在高于一切的地位。费·培根说过‘知识就是力量，力量就是知识’。可是，知识又是从哪里来的呢？”
“我料想到您的回答是从实验中来的。”笛卡提高嗓门说道。
“当然，实验是最好的老师。”
“可是舍去理性，你的实验又能提供什么呢？科学提供给我们的一切，都是理性的成果。”
“我绝不否认理性的作用”，波意耳说道，“这可能是老生常谈了，但我想再一次引用培根的话：一个哲学家不应该像蜘蛛一样，把理性花在搞阴谋诡计上；他应该像蜜蜂一样，搜集事实，用理性把它们酿成蜜。”波意耳以实验事实为基础来研究科学的观点，获得了科学家的普遍赞同。波意耳在化学科学方面的重大贡献是多方面的，下面仅介绍几条极其重要的。
（一）正确地指出了研究化学的目的
17世纪以前的化学知识，一部分是炼金术的内容，目的在于把贱金属变为黄金或白银；一部分是医药学的内容，目的在于发展医药，治病救人；一部分是化工生产的内容，目的在于增加产品的种类和提高产品的质量。化学研究没有独立性，主要由于没有明确的、正确的研究目的，而是其他部分的附属物。关于研究化学的目的问题，波意耳提出了与以前的炼金术家、医药学家和化工生产者有本质不同的见解。他认为研究化学的目的不是醉心于炼金术和医药，而是在于认识物质的本性。为此就需要进行专门的实验，收集所观察到的事实，使化学从炼金术和医药学中解放出来，发展成为一门专为探索自然界本质的科学。他说：“化学，到目前为止，还是认为只在制造医药和工业品方面具有价值。但是我们所说的化学，绝不是医学或药学的婢女，也不是甘当工艺和冶金的奴仆。化学本身作为自然科学中的一个独立部分，是探索宇宙奥秘的一个方面。化学，必须是为真理而追求真理的化学。”波意耳的自然观促使人们逐渐认识到，化学是具有自然特性的一门需要积极发展的科学。由于研究化学有了明确的研究目的、范畴和方向，使化学研究彻底地从炼金术、医药学、化工生产中解放出来，大大地推动了化学科学的发展。所以恩格斯高度评价说：“波意耳把化学确立为科学。”直到现在，波意耳所确定的化学研究的目的，对化学的研究和发展仍然具有指导意义。
（二）第一个科学的元素定义
自文艺复兴以后，欧洲出现了资本主义文化思想的萌芽，人文主义逐渐发展起来，提倡以人为本位的个性解放，反对以神为本位的宗教思想。同时科学家又提出了许多封建力量相对抗的观点，冲击着各种旧的自然观。到了17世纪，由于资产阶级的兴起，在欧洲资本主义生产关系逐渐产生，资产阶级民主革命先后在英、法、德、美等国取得胜利，推动了生产力的迅速发展，使工业和科学有广阔的发展前景，大大扩展了人们的思想眼界，促进了人们对自然认识的飞跃。首先在天文学中，随后在力学、光学和生理学中提出了一系列的新学说。这些科学的研究对象从可观察的、可测量的宏观物体和现象，进入到微观领域的研究。在化学中积累了许多知识需要整理，对化学反应过程需要解释。在这个时期波意耳在构成物质本源的研究提出科学的见解。
17世纪以前在物质构成的认识问题上，希腊哲学家亚里士多德提出的“土、水、气、火四元素学说”和医药学家提出的“汞、硫、盐三元素学说”一直在起作用，影响着化学的发展，甚至笛卡儿也相信不疑。但是年轻的波意耳对这个问题十分疑惑，难道亚里士多德和医药学家的见解真正是正确的吗？一切物体都仅仅是由这几种元素构成的吗？如果是这样的话，炼金术为什么不能找到点金石？这个问题应该通过实验来解决。
波意耳用实验证明，黄金不怕火烧，不会被火分解，更不会在火的作用下生成盐、硫或汞，但它可以跟其他金属融在一起变成合金，还可以溶解在王水里，而且所得到的产物经过适当处理黄金又可以恢复原性重现出来。他实验得出把砂子和灰碱两种东西混合在一起，经过加热可以熔化成透明的玻璃；生成的玻璃再也不会分解成土、水等东西。把灰碱和油脂烧煮会变成肥皂，但将肥皂加热所得到的产物却是跟碱和油脂完全不同的渣块。榨压葡萄得到的果汁，经过发酵可以变成酒精，果汁和酒精也都不会变成盐或硫。
波意耳还指出，不少的化学变化都可以说明，同一物质经过不同处理可以转变成其他各种东西。这说明物质的组成和性质是复杂的，既不是亚里士多德所说的四元素，也不是医药学家所说的三元素。他还研究了在冶金和金属加工业中，金属锻烧以后所得的灰渣比金属还重的现象，不是金属分解以后留下的元素，而得到的是比金属本身更复杂的物质。
波意耳通过许多事实的论证后，给元素下了一个比较科学的定义：“我指的元素应当是某些不同任何其他物质所构成的原始的和简单的物质或完全纯净的物质”，“是具有一定确定的、实在的、可觉察到的实物，他们应是同一般化学方法不能再分解为更简单的某些实物。”这是世界上第一个科学的元素定义。由于波意耳想出了化学元素的科学的定义，为人类研究物质的组成指明了方向。
虽然波意耳提出了科学的元素概念，由于时代的局限性，他并没有明确指出那些物质是真正的元素，而且仍然把火、水、气等当作元素。
（三）发展了古代的微粒说
古希腊唯物主义哲学家德谟克利特认为物质是由微粒构成的。到17世纪这个观点重新复活起来，并获得了发展，牛顿、胡克、波意耳都是坚持微粒说的代表人物。关于光线通过棱镜而折射的问题，他们都以微粒作解释，可微粒只是一种推想的东西实际上谁也没有看过。化学家为了解释化学反应过程，也求助于微粒的运动和变化。虽然波意耳深信微粒说，但把它应用于化学却出现了问题。化学物质的性质是多种多样的，反应过程是复杂的，只是用微粒及其运动是难以解释的。他说：“我建议的关于特殊本源的微粒说，其重大困难就在于自然物体实际见到这种繁多的特性会起源于这样少的两种因素，而且简单到只是物质和位移运动，这是不能令人置信的。”他根据盐能溶于水而不能溶于油或汞，但黄金能溶于汞而不能溶于水和油，硫能溶于油而不能溶于水或汞等现象，认为应该在微粒说上面添加一些别的东西以补充其内容。他设想物质的基本微粒有各种不同形态和大小，并以不同的方式运动，或者相互固定在各种不同的次序和排列上，并在它们的细孔里保持着某些流出物或发散物。如同各个字母一样，可以有各种不同的方式组合起来，每个组合体代表一个化学物质。这就是他给微粒说添加的所谓“物体中的变异原理”。波意耳的变异原理，丰富了古希腊以来关于微粒说的内容，发展了哲学家的微粒说。当然波意耳在化学方面的贡献远远不只这一些，这里仅论其重要者，如对酸碱指示剂等化学物质的研究。
与波意耳同时有一位德国化学家贝歇尔（1635－1682年），他对燃烧现象也做了相当多的研究。他认为燃烧是一种分解作用，物质燃烧时，放出其中的“油土”成分后，留下的灰烬是简单的物质。贝歇尔提出的“油土”实际上相当于不久后盛传起来的所谓“燃素”。因此后人认为他是与施塔尔（1660－1734年）共同创立“燃素学说”的化学家。
贝歇尔的学生施塔尔是德国的一位医生兼化学家，曾任哈雷大学医学和化学教授，后任柏林普鲁士王的御医。1703年施塔尔在总结了燃烧的观点，尤其是贝歇尔的观点后，系统地阐述、发挥了燃素学说。燃素学说在化学史上几乎统治了一个世纪，对化学的影响是深远的。
燃素学说认为一切可燃物质中都含一种可以燃烧的要素，即所谓燃素，它在燃烧过程中从可燃物里分散出来，从而发光发热。而空气是带走燃素的必需媒介物，燃烧一定要有空气才能实现。木头富含燃素，能燃烧，燃烧时燃素散逸，剩下灰烬。石头中不含燃素，因而不能燃烧。燃素说把一切与燃烧有关的化学变化都归结为物体吸收燃素与释放燃素的过程。煅烧金属，燃素从中逸出，变成煅渣。煅渣与木炭共燃时，又从木炭中吸取燃素，所以金属再生。燃素学说把金属煅烧过程解释为：金属＋燃素=煅灰，即认为金属燃烧是分解作用，与波意耳的解释恰好相反。
燃素学说是错误的。“燃素”也是不存在的。施塔尔对燃烧现象（氧化还原反应）作出的解释与现代的观点恰好完全相反。凡我们现在认为是与氧结合的反应，他都认为是燃素被分离出来的反应，但是施塔尔认为，化学反应发生时都有某种东西从一种物质转移到另外一种物质的观点及化学反应中物质守恒的观点，与现代氧化还原反应中发生了电子的转移有着某些相似之处。燃素学说正是利用这种转移的概念，解释了大量的化学现象和反应，把大量的化学事实统一在一个概念之下，因此很快得到当时许多化学家的相信与支持，从而结束了炼金术对化学的控制，使化学获得解放，得到发展。在燃素学说流行的长达一百年时间里，化学家为证实燃素学说、为寻找燃素、为解释各种现象，又做了大量的实验，积累了相当丰富的感性材料，这些都是化学史宝库中的珍贵资料。拉瓦锡和以后的化学家在一定程度上利用了燃素学说信奉者做过的实验（包括普利斯特里和舍勒制造氧气的实验），推翻了燃素学说，建立了正确的燃烧理论。
二、氧气＋氢气=水汽
与人类朝夕相伴的空气并非是单一的气体，克拉克首先发现了一种弄灭了摇曳烛光的“固定空气”；最轻气体的发现权属谁已经难以考证，那徐徐升起的膀胱成为一大实验奇观；氧气与氮气的发现也不能记在一个人的功劳簿上。
是卡文迪许首先排水集取了氢气；是舍勒等人发现了氧气、氮气；是普里斯特里与小白鼠首次分享了氧气带来的欢畅感觉，但是他们抱着“燃素说”不放，把气体元素的发现与命名权拱手相送。
在17世纪中叶，人们对气体的认识还很肤浅，大多数人都认定空气是单一的气体元素，而其他气体只不过是空气的不同表现形式。到了18世纪，英国人黑尔斯发明了排水集气法，并设计了比较实用的气体收集装置，这成为气体制取与研究的利器，人们陆续发现了二氧化碳、氢气、氯气、氨、氧气、盐酸气、硝酸气等气体。
人类最早接触到的气体是碳酸气（二氧化碳），大约在公元3世纪的中国西晋时期，在《博物志》中就有记载：烧白石作石灰有气体产生，但没有对这种气体做进一步的研究。
1728年，英国化学家克拉克出生在一个酿酒家庭，他对气体非常感兴趣。1755年，他对石灰石燃烧现象做了定量的研究，他反复地把石灰石放到容器里煅烧，然后仔细称量剩下的石灰重量，发现经过燃烧后的石灰石，其重量减少44％。
克拉克改用酸与石灰石作用，并采用石灰水来吸收产生的气体，结果石灰石减重也是44％，他的判断为有气体从石灰石中放出，并把这种气体称之为“固定空气”。
捕捉到“固定空气”后，克拉克就把燃烧的蜡烛、与活蹦乱跳的小老鼠放到盛有“固定空气”的大瓶子里面，结果这种气体扼杀了小老鼠的生命，弄灭了摇曳的烛光。
通过进一步实验，他认为木炭的燃烧与人的呼吸也能产生“固定空气”，并且在空气与自然界的水中也有这种气体的踪影。
1756年，克拉克的论文《关于镁石、石灰石和其他碱类物质的实验》问世，初步分析了“固体空气”的制取和所表现出来的性质。
克拉克的实验表明，气体也像固体与液体一样有多种，气体不是一种元素。克拉克的结论改变了人们对于空气的认识，并引起了人们研究气体的兴趣，这是人类第一次解释了石灰石燃烧减少重量的原因，这个过程没有“燃素”的参与，给“燃素说”以有力的打击。
其实在16世纪时，人们已经接触过一些气体，如在燃烧木炭或酿酒过程中产生的碳酸气；在铜金属溶于硝酸中产生的硝酸气；在开采石油过程中产生的天然气等等。但是人们都认为是空气的一种表现形式，没去捕捉这种气体加以研究。医药化学家帕拉塞斯就曾经发现过一种气体，他的描述是：“把铁屑投到硫酸里，有气体发生出来，就像旋风一样腾空而起。”显然这是氢气。
到了17世纪，比利时医生赫耳蒙特也接触过氢气。稍后波意耳首先收集到氢气，他把铁粒投到稀硫酸中，收集到一种小气泡，到1674年，梅猷用同样的方法也得到过氢气，但两个人谁也没有重视这种异常的“空气”。
1702年《迈厄尼全集》出版，在这本书中提到有一种气体可以在空气中燃烧。1745年时，罗蒙诺索夫也发现了这种气体，并知道它的可燃性，但是没有人收集这种气体而加以系统的研究。
第一个使用排水集气方法制得纯净二氧化碳及氢气（Hydrogen）的是英国化学家卡文迪许。在此之前，曾经有不少人制得过氢气，因此氢气的发现权已经很难说属于谁。
卡文迪许1731年10月出生在英国，自幼丧母，性格孤僻，1749年进入剑桥学习，在父亲的影响下走上了科学研究的道路。他的名利观淡薄，对发表的实验成果以及优先权关注较少，后来在他的手稿中发现，卡文迪许为科学的发展做出了巨大的贡献。
1783年，这位继承了父亲与姑母双份遗产的百万富翁，却出人意料地用大部分金钱购置了实验仪器和书籍，并毫不吝奢地资助其他科学家遇到的经济困难。有一次，年轻的化学家戴维因为铂金属价格昂贵而无钱购买，卡文迪许知道后，就主动送给戴维金属铂，以供他完成实验。
卡文迪许开始关注气体的实验，由于二氧化碳容易溶于水，使用黑尔斯的排水集气法效果很差，他经过多次试验，发明了排汞取气法，并得到了纯净的二氧化碳气体，还测定了二氧化碳气体的比重和溶解度。通过实验，他进一步发现，如果空气中含有1/9的二氧化碳，蜡烛在其中就无法继续燃烧。