Als predikant werd Joseph Priestley beschouwd als een onorthodoxe filosoof, hij steunde de Franse revolutie en zijn impopulaire opvattingen zorgden ervoor dat zijn huis en kapel in Leeds, Engeland, in 1791 werden verbrand. Priestley verhuisde in 1794 naar Pennsylvania.
Joseph Priestley was een vriend van Benjamin Franklin, die net als Franklin aan het experimenteren was met elektriciteit voordat hij zijn volledige aandacht op chemie richtte in de jaren 1770.
Priestley was de eerste chemicus die bewees dat zuurstof essentieel was voor de verbranding en samen met de Zweed wordt Carl Scheele gecrediteerd met de ontdekking van zuurstof door zuurstof in zijn gasvormige toestand te isoleren. Priestley noemde het gas "gedeflogiseerde lucht", later omgedoopt tot zuurstof door Antoine Lavoisier. Joseph Priestley ontdekte ook zoutzuur, stikstofoxide (lachgas), koolmonoxide en zwaveldioxide.
In 1767 werd het eerste drinkbare kunstmatige glas koolzuurhoudend water (sodawater) uitgevonden door Joseph Priestley.
Joseph Priestley publiceerde een paper genaamd Aanwijzingen voor het impregneren van water met vaste lucht (1772), waarin werd uitgelegd hoe sodawater te maken. Priestley heeft echter het zakelijke potentieel van soda-waterproducten niet benut.
15 april 1770 registreerde Joseph Priestley zijn ontdekking van het vermogen van Indiase kauwgom om potloodstrepen te verwijderen of te wissen. Hij schreef: "Ik heb een stof gezien die uitstekend is aangepast aan het doel om het merkteken van zwart loodpotlood van papier te vegen." Dit waren de eerste gummen die Priestley een 'rubber' noemde.