1794年，戴維的父親去世。為了謀生糊口，他就到藥房做學徒。他一方麵充當醫生的好助手，學習行醫的本領；一方麵他為調製各種藥物，用溶解、蒸餾的方法配製丸藥和藥水，真正操作起化學實驗儀器。這時他就開始自學拉瓦錫的《化學綱要》等著作，以彌補自己知識的不足。這時恰好格勒哥裏·瓦特（發明家詹姆斯·瓦特的兒子）來此地。戴維聞訊後就登門求教，瓦特很喜歡這個聰明勤奮好學的年輕人，幫他解疑答惑。就這樣，在學徒期間，戴維的知識有了很大的進步。
經瓦特舉薦，戴維於1789年到布裏托爾一所氣體療病研究室當管理員。戴維對這裏有更好的學習和實驗機會感到稱心如意。不久，研究室的負責人就發現他有精湛的實驗技術，是個有前途的人才，就提出願意資助戴維進大學學醫。但這時，戴維已下定決心終生從事化學研究。
戴維在氣療研究室承擔的一項任務是研究一氧化二氮的特性。有人認為這是一種有毒的氣體，也有人認為它能治療癱瘓病。究竟是怎樣的氣體呢？戴維決心親自試驗一下。許多朋友勸阻他，認為這樣做太危險。勇於探索的戴維卻不以為然，立即投入了實驗。有一次戴維製取了大量的一氧化二氮，裝在幾個大玻璃瓶裏，放在地板上。這時醫學家貝多斯來到了實驗室，看到戴維做出的成績非常滿意。當他正在高興地與戴維交談時，由於不靈便的轉身，胳臂碰到一個大鐵三角架，架子倒下來砸碎了裝滿一氧化二氮的玻璃瓶。貝多斯很難為情地彎下腰收拾玻璃瓶，同時喃喃地說了一些表示歉意的話。戴維卻認為這是無關緊要的，重新做一瓶是很容易的，用不著這樣不安。戴維還沒有說完這個實驗的情況和今後的打算。他們的眼睛由於驚異而睜得大大的。一向以非常孤癖和冷漠而聞名的貝多斯博士，突然帶著令人費解的微笑盯著他說：
“戴維，你太愛開玩笑了。你怎麼可以把鐵架子同玻璃器皿放在一起呢？它們相互碰撞起來的聲音多麼響啊！”接著，他大笑起來，笑聲震撼了整個實驗室。“的確是一件令人開心的事。”戴維同意他的意見，也大笑起來。這兩位科學家麵對麵地站著，狂笑不止。這種不平常的喧鬧，引起了隔壁實驗室助手的注意。他打開門以後，站在門邊愣住了。“他們怎麼啦，患精神病了？”助手捂住鼻子，大聲喊道：
“快出去！你們需要呼吸新鮮空氣，你們中毒了！”
在新鮮空氣中，戴維和貝多斯逐漸恢複了神誌。但是頭痛還沒有消除，這說明，一些人所謂的“無毒氣體”對他們的身體還是產生了有害的作用，還需要在新鮮空氣裏多呆些時間。在這次不愉快的事故中終究還有一些好處，那就是我們發現了這種氣體的新性質。事後戴維在筆記本上寫道：“我知道進行這實驗是很危險的，但是從性質上來推測可能不致危及生命。——當吸入少量這種氣體後，覺得頭暈目眩，如癡如醉，再吸四肢有舒適之感，慢慢地筋肉都無力了，腦中外界的形象在消失，而出現各種新奇的東西，一會兒人就像發了狂那樣又叫又跳……”戴維在氣療研究所研究氣體對人體的作用時，基本上是在自己身上做實驗。他發現一氧化氮有刺激作用，以後又發現有麻醉作用。戴維這種勇於探索、敢於犧牲的精神，無疑是令人欽仰的。
１８０１年，戴維被皇家學會聘任為化學講師兼管理實驗室。由於他具有豐富的知識和高超的實驗技術，在到職後的六個星期就被升為副教授，第二年提升為教授。在學院舉辦的講座上，戴維以超群的智力和非凡的口才獲得了出乎意料的成功。他很快就贏得了傑出的講演者的名聲，成為倫敦的知名人士。
英國的工業在１９世紀初時已經比較發達了，當時所用的能源主要是煤，由於煤礦的設備簡陋，所以事故不斷發生。１８１５年英國泰恩河畔的紐卡斯爾煤礦發生了瓦斯大爆炸，數以千計的礦工不幸喪命。引起瓦斯爆炸的原因之一，是礦井內照明用的礦燈引燃了可燃性氣體甲烷。為此，英國成立了“預防煤礦災禍協會”，研究這一重大的問題，並號召科學家參加這方麵的工作。１８１５年８月以後，戴維從研究火焰與爆炸的關係入手，認為如果能夠降低礦燈火焰的溫度，就不會使礦井內可燃性氣體著火，也就不會引起瓦斯爆炸。要降低礦燈火焰溫度隻有一種辦法，就是把維持礦燈燃燒所必需的空氣通過細小的管子引進燈內，也通過細小的管子把瓦斯排出燈外。於是戴維同他的助手法拉第整整研究了一年，終於設計成功了一種礦燈。戴維用一種網眼很小的金屬網代替了礦燈的玻璃罩。瓦斯可自由地從網眼通過，但是火焰卻不會外露燃著瓦斯。這種礦燈很有效，不久就在煤礦中廣泛推廣使用了。礦用安全燈的使用，有效地避免了瓦斯的爆炸，挽救了千萬礦工的生命，而且不保留發明專利，以實現他用科學為人類服務的願望。
１８０３年，戴維當選為英國皇家學會會員；１８０７年，出任學會秘書；１８１２年，他受封為爵士，出版了《化學哲學原理》。１８１３年他任命法拉第為他的助手，使這個貧窮的訂書工逐漸成為著名的科學家。這是戴維對科學事業的又一重要貢獻。１８２０年，戴維被選為皇家學會會長。１８２７年，在日內瓦逝世，終年５１歲。