Jeho dospělý život se skládal ze tří různých období: jako vědeckého badatele, kterému chyběly peníze; dosáhl velkého bohatství a postavení díky své pověsti tvrdé práce a svědomité poctivosti po velkém požáru v roce 1666 a nakonec onemocněl a stal se účastníkem žárlivých intelektuálních sporů (to poslední možná přispělo k jeho relativní historické neznámosti). Jednu dobu byl současně kurátorem experimentů Královské společnosti, členem její rady, Greshamovým profesorem geometrie a geodetem města Londýna po velkém požáru Londýna (v této funkci zřejmě provedl více než polovinu všech průzkumů po požáru). Byl také významným architektem své doby – ačkoli se dnes dochovalo jen málo jeho staveb a některé z nich jsou obecně chybně připisovány – a zasloužil se o vypracování souboru plánovacích předpisů pro Londýn, jejichž vliv přetrvává dodnes. Allan Chapman ho charakterizoval jako „anglického Leonarda“. Kniha Roberta Gunthera Early Science in Oxford (Raná věda v Oxfordu), která se zabývá dějinami vědy v Oxfordu v období protektorátu, restaurace a osvícenství, věnuje Hookovi pět ze svých čtrnácti svazků. Hooke studoval za protektorátu na Wadham College v Oxfordu, kde se stal jedním z úzké skupiny horlivých roajalistů vedených Johnem Wilkinsem. Zde byl zaměstnán jako asistent Thomase Willise a Roberta Boyla, pro kterého sestrojil vývěvy používané při Boylových pokusech s plynovým zákonem. Sestrojil jeden z prvních gregoriánských dalekohledů a pozoroval rotaci Marsu a Jupiteru. V roce 1665 inspiroval svou knihou Micrographia k používání mikroskopů pro vědecké zkoumání. Na základě svých mikroskopických pozorování zkamenělin byl Hooke raným zastáncem biologické evoluce. Zkoumal jev lomu světla, odvodil vlnovou teorii světla a jako první vyslovil domněnku, že hmota se při zahřátí rozpíná a že vzduch se skládá z malých částic oddělených relativně velkými vzdálenostmi. Provedl průkopnickou práci v oblasti geodézie a tvorby map a podílel se na práci, která vedla k vytvoření první moderní půdorysné mapy, ačkoli jeho plán Londýna v systému sítí byl zamítnut ve prospěch přestavby podél stávajících tras. Přiblížil se také k experimentálnímu důkazu, že gravitace se řídí inverzním kvadratickým zákonem, a vyslovil hypotézu, že takový vztah řídí pohyby planet, což je myšlenka, kterou nezávisle na něm rozvinul Isaac Newton. Velkou část své vědecké práce Hooke vykonal ve funkci kurátora experimentů Královské společnosti, kterou zastával od roku 1662, nebo jako člen domácnosti Roberta Boyla.

.