При этих опытах Кавендиш получил 8,7 г чистой воды. Зная, что только «дефлогистированный воздух» (кислород) поддерживает горение, Кавендиш сделал вывод, что он должен был соединиться с флогистоном (водородом). Смешав чистый кислород и чистый водород в объемном отношении 1 : 2, Кавендиш получил лишь чистую воду, т. е. жидкость из двух газов. Этот вывод оказался для того времени столь поразительным, что он был поставлен под сомнение многими ведущими учеными. Но Кавендиш был убежден в точности своей работы. Не отказываясь от теории флогистона, Кавендиш объяснил горение водорода как реакцию соединения «дефлогистированного воздуха» с флогистоном, приводящую к образованию воды.
Исследование окисления водорода и установления состава продуктов его горения были эпохальными открытиями. Они увенчали работы Кавендиша и вскоре послужили Лавуазье для экспериментального подтверждения созданной им новой кислородной теории.