氧的发现催化了化学革命，使人们了解了何谓元素、化合物，以及化学反应中的物质不灭原理，而这些概念又带来了今日的染料、塑胶、肥料以及“设计师药”（译者注：一种为逃避法规而改变化学成分、但效果与禁药相同的药物）。普里斯特利在他生前就见证了这个革命的诞生。由于拉瓦谢（他很快就死于断头台上）的远见，才得以用他的新元素——氧的反应，来解释普里斯特利的主要发现。具有讽刺意味的是，普里斯特利对宗教与政治抱着革命性的信仰，且几乎使他送命，然而他对燃素理论却到死都还紧抱不放。他最后的狂诞之作乃是《 确立燃素论并反驳水的组成 》（The Doctrine of Phlogiston established and that of the Composition of Water refuted）。同样具有讽刺意味的是，普里斯特利和拉瓦谢两人都诉诸简朴的科学美学来支持自己的论述。对普里斯特利而言，拉瓦谢不过是在把玩装了新元素的潘多拉盒子；对拉瓦谢来说，普里斯特利则只是守着一个累赘而没有实质意义的物质不放。如今我们知道，历史是站在拉瓦谢这边的。

普里斯特利也发现了光合作用，虽然他并没有对其完全理解。当时的常识认为，人和动物如果被封闭太久，没有接触新鲜空气的话，就会死掉。普里斯特利和其他人一样，认为植物也适用这个道理，只不过他相信假设必须经过实验的检验。1771年，他在水上的一个密闭容器里种了一株薄荷，却意外发现它生长得很茂盛。他测试了容器里的空气，发现它能使蜡烛燃烧，老鼠也能存活。普里斯特利备感好奇，于是拿蜡烛在里面燃烧，制造出“受损空气”（vitiated air），然后再等着看植物能否使空气再度变“好”。他甚至还用多种不同的植物来实验，看哪一种能够让空气最快恢复为可呼吸的气体。1777年和1778年，他在重新检视这些实验时观察到：植物的茎部、绿藻及海藻的气囊中，会冒出某种“纯净气体”的泡泡——那就是氧气。

普里斯特利逐渐了解到，植物与藻类需要阳光才能制造出绿色物质，而这种物质又能制造出纯净气体，或去燃素气。了不起的是，他的实验也使他了解到，绿色植物从大气中吸取二氧化碳（他所知的“固定气体”），并释放出氧气。然而，对于光线在绿色植物制造氧气时的关键作用，他却迟迟未能领略。他后来才发现，英恩浩斯（Jan Ingenhousz）早他一步想出了这项关联，而他也极有风度地认输了。

普里斯特利和伽利略一样，也曾遭到迫害。但使他和教会及政府不合，甚至使他几乎丧命的，并不是他的科学发现，而是他的政治信仰。普里斯特利对于思想与言论自由向来热情拥护且直言不讳，后来他也因而成为全英国台面上最支持美国与法国革命的人士之一。尽管遭到权贵与平民齐声愤怒地谴责，但每当有人心意不坚而退缩时，他照样紧迫盯人。1791年7月14日，他协助筹办一次公共餐会，以纪念已有两年历史的法国革命。这正好给他的敌人抓到了攻击的把柄。当天晚上，一群酒醉的“教会与国王”暴民（编者按：当时的一些保守派民众，崇敬教会与国王），受到奸言谗语的煽动，同时获得当地政府默许得以自由行动，于是他们洗劫焚毁了普里斯特利在伯明翰的新聚会（New Meeting）教堂，接着又移师去烧毁他的房子、图书馆和实验室。普里斯特利及其家人在暴民抵达前一步及时逃走了，但也只是一步之差而已——他亲眼见到了燃烧的火焰，听见他的家遭捣毁的声音。普里斯特利再也未能回到伯明翰。暴民攻击事件过后几天，他写了一封信给他过去的邻居，信中呈现了一位受伤甚深但又律己甚严的人内敛的热情。

你们摧毁了本国乃至任何国家、任何人所曾拥有过的最宝贵、最有用的哲学设备……为了科学的进步，为了我国及人类的福祉……但更甚的是，你们摧毁了多年辛勤研究成果的手稿，我如今再也不可能重新写过了。这一切，都是针对一个从未伤害过你们，甚至连想都没想过要这么做的人……在这事件里，我们是绵羊，你们是野狼，我们将保守我们的本性，但希望你们会改变你们的野性。无论如何，对此怨恨我们仍愿还以祝福。

随着法国革命日益血腥，普里斯特利在英国的地位也日渐危殆。法国革命分子眼中对他的敬意，以及英国保守分子的怒火，造成了对普里斯特利的冲击。1792年8月26日，法国立法院决定赠与法国公民权给某些伟大的自由斗士，普里斯特利位居该名单首位，后面才是潘恩（Thomas Paine）、边沁（Jeremy Benthan）、威尔伯福斯（William Wilberforce）及华盛顿（George Washington）。1793年1月21日，法国国王遭斩首处决，英国旋即于2月对法宣战。这时，普里斯特利的同侪亲友一个个被扣上叛乱罪名被送往澳大利亚，普里斯特利也没有选择余地了。1794年4月8日，普里斯特利以61岁高龄，离开了英国前往美国，而且终生未返。