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연소 및 호흡·발효·부패와 같이 연소와 관련된 생물학적 과정에 대한 플로지스톤 학설을 창안했다. 이 학설은 거의 1세기 동안이나 화학적 사고를 지배했다. 또한 그는 때때로 연금술과 애니미즘을 믿었다.

슈탈은 당시 독일 전역에 널리 퍼지기 시작했던 루터 교회안에서 강력한 도덕개혁운동으로 일어난 경건파의 영향 속에서 자라났다. 경건파는 영국의 프렌드파(퀘이커파)와는 달리 그리스도교 정신의 내적이고 실질적이며 헌신적이고 관대한 측면을 강조했다(→ 경건주의).

그는 튀링겐의 예나대학에서 의학을 공부했는데 그의 스승인 게오르크 볼프강 베델(1645~1721)은 생명 과정을 화학조성으로 설명하려 한 의료화학파(chemiatric school)의 주창자였다. 나중에 슈탈이 의학뿐 아니라 화학을 새롭게 개척할 때까지도 이 초기 교육은 두 학문의 본질적 통일성에 대한 그의 확고한 믿음 속에 뚜렷이 남아 있게 되었다. 예나대학에서 그는 동료인 프리드리히 호프만(1660~1742)과 두터운 우정을 맺기도 했다. 1684년 학교를 졸업했는데 졸업하기 1년 전부터 강단에 섰으며, 1687년에는 작센-바이마르의 공작인 에른스트에 의해 궁전의사로 임명되었다.

1694년 브란덴부르크의 선제후인 프리드리히 3세가 할레대학을 설립하면서 호프만에게 의학부 신설을 요청했는데, 그때 그는 슈탈에게 함께 일할 것을 부탁했고 그후 20년간 둘은 서로 협력해 일했다. 슈탈은 이론의학·생리학·병리학·영양학·약학·식물학을 가르쳤고, 호프만은 실용의학·해부학·물리·화학을 강의했다. 하지만 둘 사이의 심각한 성격차이가 점차 이론적인 문제들에 대한 견해 차이로 반영되어 결국 그들은 갈라서게 되었다. 호프만은 살아 있는 유기체를 고전역학의 법칙으로 설명할 수 있는 기계로 간주하는 물료의학(iatromechanics : 또는 iatrophysical)파의 열렬한 지지자가 된 반면 슈탈은 그렇게 지나친 단순화를 받아들일 수 없었다.

그는 여전히 생리학적 과정을 화학적 변화로 바라보는 의료화학 교육을 신봉하고 있었지만 기계적 법칙이나 화학적 법칙 중 하나만으로 생명 현상을 설명하는 것은 불충분하다고 주장했다. 생명체가 살기 위해서는, 그가 '아니마'(anima)라는 라틴어로 표현한 힘의 작용이 필요하다. '영혼' 또는 '정신' 같은 일상적인 해석으로는 참뜻이 잘 표현되지 않는 이 말로 인해 그의 이론은 애니미즘(animism)이라는 이름이 붙여졌다. 생기설(vitalism)이나 반물질론(antimaterialism) 등은 이와 유사한 견해에 대해 나중에 붙여진 이름이다.

과학 문제에서의 대립으로 인해 슈탈과 호프만 사이의 우정은 결국 깨어졌으며, 경쟁자가 되고 마침내 적수가 되었다. 아마 슈탈은 프로이센의 왕인 프리드리히 빌헬름 Ⅰ세의 주치의로 일했던 베를린으로 오라는 요청을 흔쾌히 받아들여 그곳으로 갔음이 틀림없다.

슈탈에 대한 평가

과학에 대한 슈탈의 공헌은 그의 개성이 뚜렷이 반영되어 있다. 그는 천성적으로 관조적이며 침울하고 17세기말의 내적인 경건파에 심취해 있었다. 반면 그의 지성은 분석적이고 포괄적이었으며 그로 인해 그 자신은 18세기 방식의 자유로운 추상에 이끌렸다. 그는 그의 플로지스톤 이론이 그렇듯 두 시대를 연결시켰다.

이 이론은 화학변화에 대한 최초의 체계적 설명이었지만 원자나 원소의 개념이 결여되어 있었다. 그의 생각은 얀 밥티스트 반 헬몬트(1577~1644)의 플로지스톤 이론이나 보다 원시적인 요한 요아힘 베허(1635~82)의 이론에 기초하지 않고 아리스토텔레스적인 사고, 즉 플로지스톤은 연소될 수 있고 연소 과정중에 없어지지만 석탄같이 플로지스톤이 풍부한 물질과의 접촉을 통해 다시 얻을 수 있다는 생각을 토대로 하고 있다(→ 아리스토텔레스주의).

고대 철학의 기반 위에 그는 화학의 근본적인 개념을 명확히 한 실제적 이론을 세웠다.