Jego dorosłe życie składało się z trzech odrębnych okresów: jako badacza naukowego, któremu brakowało pieniędzy; osiągającego wielkie bogactwo i pozycję dzięki reputacji ciężkiej pracy i skrupulatnej uczciwości po wielkim pożarze w 1666 r., a w końcu chorującego i będącego stroną zazdrosnych sporów intelektualnych (to ostatnie mogło przyczynić się do jego względnej historycznej nieobecności). W pewnym okresie był jednocześnie kuratorem eksperymentów Royal Society, członkiem jego rady, profesorem geometrii Gresham i geodetą miasta Londynu po wielkim pożarze Londynu (wydaje się, że w tym charakterze wykonał ponad połowę wszystkich pomiarów po pożarze). Był również ważnym architektem swoich czasów – choć niewiele z jego budynków przetrwało do dziś, a niektóre z nich są na ogół błędnie przypisywane – i odegrał kluczową rolę w opracowaniu zestawu kontroli planowania dla Londynu, którego wpływ pozostaje do dziś. Allan Chapman scharakteryzował go jako „Leonarda Anglii”. Robert Gunther w swojej Early Science in Oxford, historii nauki w Oxfordzie w okresie Protektoratu, Restauracji i Wieku Oświecenia, poświęca Hooke’owi pięć z czternastu tomów. Hooke studiował w Wadham College w Oksfordzie w czasach Protektoratu, gdzie stał się jednym z członków ścisłej grupy zagorzałych rojalistów pod przewodnictwem Johna Wilkinsa. Tutaj został zatrudniony jako asystent Thomasa Willisa i Roberta Boyle’a, dla którego zbudował pompy próżniowe wykorzystywane w eksperymentach Boyle’a z prawem gazowym. Zbudował jedne z najwcześniejszych teleskopów gregoriańskich i obserwował obroty Marsa i Jowisza. W 1665 r. zainspirował użycie mikroskopów do badań naukowych swoją książką Micrographia. Opierając się na swoich mikroskopowych obserwacjach skamielin, Hooke był wczesnym zwolennikiem ewolucji biologicznej. Badał zjawisko refrakcji, wyprowadzając falową teorię światła, i jako pierwszy zasugerował, że materia rozszerza się pod wpływem ciepła i że powietrze składa się z małych cząsteczek oddzielonych od siebie stosunkowo dużymi odległościami. Wykonał pionierskie prace w dziedzinie geodezji i sporządzania map, brał udział w pracach, które doprowadziły do powstania pierwszej nowoczesnej mapy w formie planu, choć jego plan Londynu w systemie siatki został odrzucony na rzecz przebudowy wzdłuż istniejących tras. Zbliżył się również do eksperymentalnego dowodu, że grawitacja podlega prawu odwrotności kwadratu, i wysunął hipotezę, że taka relacja rządzi ruchami planet, który to pomysł został niezależnie rozwinięty przez Isaaca Newtona. Duża część pracy naukowej Hooke’a była prowadzona w jego charakterze kuratora eksperymentów Royal Society, które to stanowisko piastował od 1662 r., lub jako członek gospodarstwa domowego Roberta Boyle’a.

.