胡克是17世纪英国最杰出的科学家之一。他在力学、光学、天文学等多方面都有重大成就。他所设计和发明的科学仪器在当时是无与伦比的。他本人被誉为英国的“双眼和双手”。
在光学方面，胡克是光的波动说的支持者。1655年，胡克提出了光的波动说，他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一步提出了光波是横波的概念。在光学研究中，胡克更主要的工作是进行了大量的光学实验，特别是致力于光学仪器的创制。他制作或发明了显微镜、望远镜等多种光学仪器。 1665年胡克根据英国皇家学会一院士的资料设计了一台复杂的复合显微镜。有一次他从树皮切了一片软木薄片，并放到自己发明的显微镜观察。他观察到了植物细胞(已死亡)，并且觉得他们的形状类似教士们所住的单人房间，所以他使用单人房间的cell一词命名植物细胞为cellua。是为史上第一次成功观察细胞。
同年胡克出版了《显微术》一书，该书包括了一些他使用显微镜或望远镜进行的观察，包括上述的软木切片。 胡克所用的显微镜至今仍然保存在华盛顿国家健康与医学博物馆中。荷兰工匠列文胡克受《显微术》一书启发，对胡克的显微镜镜片进行了改进，对微生物进行了细致的观察，被称为微生物学之父。胡克随后被皇家学会要求确证列文胡克的发现并予以发表。
1663年苏格兰天文学家格里高利设计了格里高利望远镜，但在制造时失败了。10年后胡克利用自己高超的机械设计技术成功建设了第一个这种反射望远镜，并使用这一望远镜首次观测到火星的旋转和木星大红斑，月球上的环形山和双星系统。 1660年他在实验中发现螺旋弹簧伸长量和所受拉伸力成正比。1676年在他的《关于太阳仪和其他仪器的描述》（A Description of Helioscopes and Other instruments）一文中用字谜形式发表这一结果，谜面是ceiiinosssttuv。（这是当时惯例，如果还不能确认自己的发现，则先把发现打乱字母顺序发表，确认后再恢复正常顺序。）两年后公布了谜底ut tensio sic vis，意思是“力如伸长（那样变化）”即应力与伸长量成正比的胡克定律。
