Шееле открыл многие
неорганические и
органические вещества. В 1774 году показал, что
пиролюзит (природная двуокись марганца), считавшийся разновидностью
магнитного железняка, — соединение неизвестного
металла. Получил
хлор действием
соляной кислоты на пиролюзит при нагревании,
1774 год);
глицерин (действием
свинцового глёта на раститительные и животные жиры); из природных минералов
молибденита и
тунгстена (
шеелита) — соответственно оксиды молибдена (
1778) и вольфрама (
1781). Открыл тетрафторид кремния (
1771), оксид бария (
1774), мышьяковистый водород (
1775), ряд кислот:
винную (
1769), кремнефтористоводородную и
фтороводородную (
1771), мышьяковую (
1775),
щавелевую (
1776),
молочную (
1780),
синильную (
1782) и др. В
1769 разработал способ производства
фосфора из золы, образующейся при обжиге костей. Обнаружил способность свежепрокалённого
древесного угля поглощать газы (
1777, одновременно с Феличе Фонтана). В труде «
Химический трактат о воздухе и огне» Шееле описал получение и свойства «огненного воздуха» и указал, что атмосферный воздух состоит из двух «видов воздуха»: «огненного» —
кислорода и «флогистированного» —
азота. Однако приоритет открытия кислорода принадлежит
Джозефу Пристли (
1774), так как труд Шееле был опубликован только в
1777 году.