Mais il fut l'un des premiers à se convertir aux vues de Lavoisier, dont il aida à publier les écrits, et avec lequel il travailla à l’établissement d’une nouvelle nomenclature chimique, et sut vulgariser les découvertes des autres à défaut des siennes malgré ses travaux sur des sujets très variés.
Adepte enthousiaste de la Révolution, il fut élu à la Convention où il replaça Marat assassiné. Membre du Club des Jacobins, il s’y distingua par la démagogie de son vocabulaire sans-culotte devenant la risée des autres savants. Elu au Comité d'instruction publique, il soutint le plan d'éducation de Le Peletier de Saint-Fargeau et, avec hargne, l'épuration des académies de médecine et des sciences. Trop opportuniste pour se compromettre, il fit cependant acte d’humanité pour tenter d’obtenir la libération de collègues, mais est considéré comme largement responsable de la mort de Lavoisier ou, pour le moins, de n’avoir rien fait pour le sauver.
Membre du Comité de Salut public du 1er septembre 1794, au 3 juin 1795, son rôle devint plus important. Chargé des poudres et salpêtres, il fit aussi des expériences avec des ballons captifs observateurs.
Il développa un plan d'éducation et rapporta les projets à l'origine de la création des Ponts et Chaussées, de Centrale, de l'École polytechnique, ainsi que de plusieurs écoles de médecine.
Entré à l’Institut dès sa création, puis membre du Conseil des Anciens, Bonaparte le nomma au Conseil d’Etat. C’est à lui que revient l’essentiel du projet créant l’Université et le système d’enseignement. On lui doit également d’avoir fait adopter la loi sur les poids et mesures.
Élevé au titre de comte d'Empire (1808), Fourcroy pouvait espérer la cerise couronnant sa carrière, à savoir la grande maîtrise de l'Université impériale, le rang le plus élevé. On lui préféra Louis de Fontanes. Concevant une grande amertume de cette éviction, il mourut d’apoplexie l’année suivante.
Antoine François de Fourcroy fut inhumé au cimetière du Père-Lachaise. Dans une niche, un buste en marbre, gravé de son nom, orne sa tombe.