Orientado por su familia en un principio a seguir la carrera de derecho, Antoine-Laurent de Lavoisier recibió una magnífica educación en el Collège Mazarino, en donde adquirió no sólo buenos fundamentos en materia científica, sino también una sólida formación humanística. Lavoisier ingresó luego en la facultad de derecho de París, donde se graduó en 1764, por más que en esta época su actividad se orientó sobre todo hacia la investigación científica; siguió los cursos de matemáticas y astronomía de Nicolas Louis de Lacaille y los de química y botánica de Guillaume François Rouelle y Bernard de Jussieu, y, a pesar de su juventud, llevó una vida muy retirada.

En 1766 recibió la medalla de oro de la Academia de Ciencias francesa por un ensayo sobre el mejor método de alumbrado público para grandes poblaciones; tal estudio le había costado semanas enteras de aislamiento en la oscuridad para hacer sensibles sus pupilas a las mínimas diferencias de intensidad de varias fuentes de luz. Con el geólogo J.E. Guettard, confeccionó un atlas mineralógico de Francia. En 1768 presentó una serie de artículos sobre análisis de muestras de agua, y fue admitido en la Academia de Ciencias, de la que sería director en 1785 y tesorero en 1791.

Su esposa, Marie Paulze, con quien se casó en 1771, fue además su más estrecha colaboradora, e incluso tradujo al inglés los artículos redactados por su esposo. Un año antes, éste se había ganado una merecida reputación entre la comunidad científica de la época al demostrar la falsedad de la antigua idea, sostenida incluso por Robert Boyle, de que el agua podía ser convertida en tierra mediante sucesivas destilaciones.