Học thuyết cho rằng tất cả những vật chất có thể cháy được đều chứa phlogiston, một dạng vật chất không có màu, mùi, vị, hay khối lượng, và được giải phóng trong sự cháy. Một khi được đốt, những vật chất đã mất hết chất phlogiston sẽ thể hiện dạng nguyên thuỷ của nó, gọi là calx.

Vì bất cứ vật chất nào cũng có thể được quan sát là cháy với khoảng thời gian ngắn hơn trong điều kiện hạn chế về không khí (ví dụ trong một cái lọ kín chẳng hạn), không khí đã được cho là đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phóng thích phlogiston.

Môn đệ của Joseph Black, Daniel Rutherford đã phát hiện ra khí nitơ vào năm 1772 và cả hai đã dùng học thuyết này để giải thích cho những kết quả của họ. Phần còn lại của không khí sau khi đốt, thực ra là một hỗn hợp của khí nitơ và cácboníc, đôi khi được đề cập đến dưới cái tên "khí phlogiston", vì họ cho rằng lượng không khí này đã lấy đi hết các phlogiston.

Ngược lại, khi khí ôxy được phát hiện, người ta đã tưởng nó là khí "tương tác với phlogiston", có nhiều khả năng kết hợp với phlogiston hơn và vì vậy giúp duy trì sự cháy lâu hơn các khí thường khác.