Mineralet brunsten var af de gamle kändt och användt vid rening af glas. De förvexlade det med magnetjärnet, hvaraf uppkom benämningen magnesia, manganensis, magnesia vitrariorum. Kännedomen om detta minerals natur var dock på Scheeles tid mycket ofullkomlig. Några trodde att brunstenen var ett slags järnmalm, Cronstedt förde den till jordarterna, men Bergman trodde att den hade "metalliskt lynne". Under Scheeles vistelse i Upsala uppmanade Bergman honom att undersöka brunstenens natur, och denna undersökning, måhända Scheeles vigtigaste, blef efter trenne års arbeten färdig 1774. Han lyckades derigenom ej blott bevisa att brunstenen innehöll ett nytt grundämne, mangan, utan upptäckte derjämte såsom förorening i brunstenen en ny jordart, baryt, samt, hvad som var ännu vigtigare, att brunstenen med saltsyra ger klor. Detta grundämne, hvars betydenhet blott står syrets efter, blef sålunda upptäckt.

Genom att behandla brunsten med olika syror och reaktionsmedel visade Scheele, att detta ämne har en stark attraktion till "det bränbara" (flogiston) eller är, efter vårt uttryckssätt, ett kraftigt oxidationsmedel, att det icke löses af någon syra med mindre ett ämne rikt på flogiston finnes närvarande, men att det då (efter reduktion) ger med syror färglösa lösningar, ur hvilka man kan fälla en från alla bekanta oxider skild jordart eller metallkalk. Scheele försökte visserligen att genom glödgning af denna kalk (manganoxidul) med kol reducera en metall, men det lyckades honom icke, emedan han ej hade till sitt förfogande ugnar, hvilka lemnade deltill erforderlig "helvetis-eld", som han sjelf säger. Hans vän Gahn, hvilken Scheele meddelade alla sina rön om brunstenen, lyckades deremot ur mangankalken med kol reducera en järnet liknande metall, som först kallades "brunstensmetall" och "brunstenskonung", sedermera magnesium och slutligen mangan. Såsom bekant spelar denna metall en vigtig rol vid nutidens förädling af järn.

Att brunsten, då den smältes med salpeter, ger en massa, som med grön färg löses i vatten, kände redan Glauber (1659). Man visste ock att den gröna lösningen småningen förändrar färg och blir violett. Scheele trodde att lösningen egentligen var blå, men genom fint fördelad järnoxid synes grön. Att färgen lätt försvinner samt att brunsten då utfälles, visade Scheele. Sedan den tiden kallades den gröna smältan af brunsten och salpeter mineral-kameleon. Såsom vi nu veta härleder sig den gröna färgen af mangansyra, och den gaf Scheele en fingervisning att söka mangan i växtaska, der den ock anträffades. Mangans förekomst i järnmalmer och i metalliskt järn upptäcktes sedermera af Bergman.

Då Scheele uppvärmde brunsten med saltsyra, fann han att en gulaktig, på andningsorganen häftigt inverkande gas uppstod. "Gasen hade", säger han, "en ganska känbar, stickande lukt, som var högst besvärlig för lungorna." Han samlade den i en oxblåsa, men oxblåsan frättes liksom af salpetersyra. Ett annat sätt att uppsamla gasen måste derför användas. Så fästade han tomma flaskor vid retorthalsen och tätade mellanrummet med pappersstrimmor, som efter försöket befunnos starkt angripna. Hans försök med denna gas, nu bekant under namnet klor, visade att insekter ögonblickligen dödades deraf, att eld släcktes deri, att den häftigt angrep metaller, till och med guld. Korkarne, med hvilka flaskorna, i hvilka gasen förvarades, slötos, syntes anfrätta liksom af skedvatten, hvilket visade gasens häftiga inverkan på organiska ämnen. Då Scheele med lackmus ville pröfva om kloren hade sur eller alkalisk reaktion, befans färgen utblekas. Likaledes blektes blommor och växtfärger. Han fann att dervid uppstår saltsyra. Kloren ansåg Scheele hafva uppkommit af saltsyran, derigenom att brunstenen röfvat flogiston ur den samma, och blekningen måste följaktligen bero på, att kloren upptager flogiston ur färgämnena och så ånyo ger saltsyra. Om vi i stället för flogiston säga väte, så är denna förklaring alldeles riktig. Kloren var enligt den tidens uppfattningssätt deflogisticerad saltsyra.

Det finnes knapt något element, som i kemistens hand varit en så mäktig häfstång för nya sanningars upptäckande som kloren. Men kloren har äfven stort praktiskt, man kan väl säga nationalekonomiskt värde. Klorens af Scheele upptäckta egenskap att bleka organiska färgämnen har gjort den äldre ängsblekningsprocessen, som kräfver både stor areal, lång tid och följaktligen stora hvilande kapital, öfverflödig. Visserligen verkar den rena kloren allt för häftigt på väfnadernas trådar; men om man låter alkalier eller släckt kalk uppsupa klorgas, erhåller man preparat (under-klorsyrliga salter), som, rätt använda, hastigt bleka utan att skada väfnaden. Det var fransmannen Berthollet som, genom att i tekniken införa dessa blekningsmedel, gjorde den textila industrien en ovärderlig tjenst.

Ett bevis på Scheeles ovanliga skarpsynthet vid nya ämnens undersökning är hans vigtiga upptäckt af baryt, hvilken oxid han först fann som en förorening i brunsten. Han ådagalade denna jordarts olikhet med alla förut kända. Gahn fann sedermera att den utgjorde en hufvudbeståndsdel i mineralet tungspat, hvarför den af Bergman benämdes "tungjord". Namnet förändrades sedermera af Morveau till barote och af andra till baryt. Baryt och dess salter äro, såsom bekant, i vår tid oumbärliga reagens på alla laboratorier.

I närmaste samband med detta Scheeles stora arbete står hans upptäckt af arsenikens syra (1775). Han hade vid sina försök med brunsten funnit, att detta ämne löses i syror vid närvaro af hvit arsenik, hvaraf han slöt att arseniken afgaf flogiston till brunstenen. Han försökte nu inverkan af deflogisticerad saltsyra, eller klor, på hvit arsenik och fann att denna löstes till en förut okänd syra, arseniksyran. Häraf var således ådagalagdt, att metallen arsenik genom att beröfvas flogiston (d.v.s. oxideras) ger tvänne syror, nämligen den hvita arseniken och arseniksyran. När Scheele lät arseniksyra inverka på zink, erhöll han den ytterligt giftiga gasen arsenikväte. Om denna gas säger Scheele, att han blandade den med 2/3 ordinär luft i en kolf och närmade ett ljus till kolföppningen. Nu "tändes luften i kolfven med en smäll, lågan for mot handen, denna blef öfverdragen med brun färg, som var regulus arsenici, och lemnade efter sig en obehaglig, arsenikalisk lukt". Scheele tyckes sålunda ha handskats något ovarsamt med denna gas, som 40 år senare kostade kemikern Gehlen lifvet.

I medlet af 16:de århundradet förstod man med fosfor (af grek. phosphoros, ljusbäraren) allehanda ämnen, som hade egenskapen att lysa i mörkret utan att brinna med låga. Dit räknades t. ex. den bononiska fosforn (sid. 33). Namnet öfverflyttades sedermera på det grundämne, som än i dag bär detta namn. En tysk alkemist, Brand, enligt några f. d. soldat, enligt andra en bankrutterad köpman, upptäckte, under det han sysslade med urin för att deraf bereda ett elixir, som han menade skulle förvandla silfver till guld, ett märkvärdigt ämne, hvilket starkt lyste i mörkret och var i hög grad bränbart. Beredningssättet hemlighölls, men såldes slutligen till en viss Krafft, som 1676 och 1677 reste omkring i Europa och vid furstliga hof förevisade det besynnerliga ämnet. Ätt fosforn kan beredas af annat råämne än urin, nämligen ben, var en vigtig upptäckt, emedan den sedermera möjliggjorde fosforns användning i tändsticksindustrien. Med denna upptäckt förhåller det sig så, att Scheele hade i askan efter brändt hjorthorn funnit kalkjord med ett för honom obekant ämne. Han omtalade detta rön för sin vän Gahn, som deri fann fosforsyra. Till en början ville Scheele ej tro derpå, men öfvertygade sig dock om riktigheten på det sätt, att han i Upsala 1770 tillverkade fosfor af ben.

Som bekant härleder sig s. k. kallbräcka hos järn af en halt af fosfor. Denna för järnindustrien vigtiga upptäckt skedde på det sätt, att Meyer i Stettin och Bergman i Upsala samtidigt (1780) iakttogo att en hvit bottensats bildas, när man löser kallbräckt järn i utspädd svafvelsyra. Bägge funno att denna bottensats vid nedsmältning med kol och flussmedel ger en skör och lättsmält metall, hvilken Meyer kallade hydrosiderum, men snart fann likna fosforjärn. Scheele bevisade sedermera, 1785, genom att framställa ren fosfor af kallbräckt järn, att fosforn är den rätta orsaken till kallbräcka.