В начале XVIII столетия задача систематизации процессов, связанных с горением, и сведение их к общему принципу, была решена в теории флогистона – фактически первой химической научной теории Нового времени. Эту теорию развил немецкий химик и врач Г. Э. Шталь. Основой теории Шталя была идея о наличии во всех горючих веществах общего компонента – флогистона (от греч.«воспламеняющийся»), который исчезает в процессе горения.

На многочисленных опытных примерах Шталь доказывал способность флогистона передаваться от одного вещества к другому. Теория флогистона объединила в определенную систему известные к тому времени разрозненные факты химии, охватив обширный круг важнейших химических процессов (горение, окисление, восстановление и др.). Внешне очень разные реакции удалось свести к общему представлению о присоединении или выделении флогистона. Флогистон рассматривался и как вещественные частицы огня, и как огненная материя, соединенная со стихийной землей, и как соединение теплотворного вещества со световым и т.п.

Теория флогистона очень показательна в плане понимания особенностей химического мышления своего времени, состоявших в переходе от традиционного (алхимического и натурфилософского) восприятия веществ и их превращений к научному мышлению. С одной стороны, теория была принята несмотря на то что флогистон не отождествлялся с каким-либо реальным веществом, с другой стороны, уже ощущалась необходимость соответствия теории эксперименту. Так, М. В. Ломоносов выступил против распространенных в науке представлений о теплороде, или «огненной материи». Опираясь на разработанное им атомно-молекулярное учение, он разработал механическую теорию тепла и нашел новые аргументы в пользу принципа сохранения веса вещества и сохранения движения. На базе этого он сформулировал новые задачи химии как науки в противовес определениям своих современников, рассматривавших химию лишь как искусство.

В середине XVIII в. сторонниками теории Шталя предпринимались многочисленные попытки изолировать флогистон. Особый интерес в этот период вызывала пневматическая химия (химия газов). С 1750 по 1775 гг. химия обогатилась открытием различных форм воздуха (газообразных веществ), среди которых так и не было найдено вещества, идентичного флогистону. Развитие пневматической химии и аналитических исследований во второй половине XVIII в. оказало определенное влияние на представление химиков об элементах. Различные виды первоэлементов (например, несколько видов земли или несколько видов воздуха) свидетельствовали об укреплении представления о них как о химически индивидуализированных веществах, а не понимании их как элементов-качеств. Химики постепенно приходили к разграничению понятий элемент и соединение, т.е. к мысли о существовании различных неразложимых на какие-либо компоненты и не трансмутируемых друг в друга элементов, сочетание которых образует химические соединения и обусловливает их свойства.

Расширение объектов химического исследования во второй половине XVIII в. привело к открытию настолько большого количества самых разнообразных экспериментальных фактов, что они уже не могли быть систематизированы в рамках теории флогистона. Ведущую роль здесь сыграли возникновение химии газов и постановка вопроса о весовых соотношениях. Теоретическое переосмысление химической информации в конце XVIII в. привело к опровержению флогистики и созданию новой системы представлений о химических веществах и  их превращениях.