У 1769 розробив спосіб виробництва фосфору з попелу, що утворюється при випаленні кісток. Виявив здатність свіжопрожареного деревного вугілля поглинати гази (1777, одночасно з Фонтану Феліче).
У праці «Хімічний трактат про повітря і вогонь» Шеєле описав отримання та властивості «вогняного повітря» і зазначив, що атмосферне повітря складається з двох «видів повітря»: «вогняного» — кисню і «флогістірованного» — азоту. Проте пріоритет відкриття кисню належить Джозефу Прістлі (1774), тому що праця Шеєле була опублікована тільки у 1777 році. Найвизначніша праця Карла Вільгема Шеєле «Хімічний трактат про повітря і вогонь» з 1768—1773 роках.
Останні дні життя
Восени 1785 року Шеєле захворів. 19 травня1786 року він одружився зі своєю домогосподаркою Сарою Поль, а 21 травня помер. Про його смерть було багато вигадок. Думають що курйозна пристрасть Шеєле пробувати на смак все, з чим він мав справу (в ті роки при описі речовини необхідно було в обов'язковому порядку вказувати її смак), коштувало йому життя. Його знайшли мертвим на своєму робочому місці в оточенні маси отруйних реактивів; деякі джерела приписують його смерть від синильної кислоти.