Viața sa adultă a cuprins trei perioade distincte: ca cercetător științific lipsit de bani; obținerea unei mari bogății și a unui mare renume datorită reputației sale de muncă asiduă și onestitate scrupuloasă în urma marelui incendiu din 1666 și, în cele din urmă, îmbolnăvindu-se și devenind parte a unor dispute intelectuale geloase (aceasta din urmă este posibil să fi contribuit la obscuritatea sa istorică relativă). La un moment dat, a fost în același timp curator al experimentelor Societății Regale, membru al consiliului acesteia, profesor Gresham de geometrie și topograf al orașului Londra după Marele incendiu din Londra (calitate în care se pare că a efectuat mai mult de jumătate din toate măsurătorile de după incendiu). A fost, de asemenea, un arhitect important al vremii sale – deși puține dintre clădirile sale supraviețuiesc în prezent, iar unele dintre acestea sunt în general atribuite greșit – și a contribuit la elaborarea unui set de controale de planificare pentru Londra a căror influență se păstrează și astăzi. Allan Chapman l-a caracterizat ca fiind „Leonardo al Angliei”. Cartea lui Robert Gunther, Early Science in Oxford, o istorie a științei din Oxford în timpul Protectoratului, al Restaurației și al Secolului Luminilor, îi dedică lui Hooke cinci din cele paisprezece volume ale sale. Hooke a studiat la Wadham College, Oxford, în timpul Protectoratului, unde a devenit unul dintre membrii unui grup strâns unit de regaliști înfocați, condus de John Wilkins. Aici a fost angajat ca asistent al lui Thomas Willis și al lui Robert Boyle, pentru care a construit pompele de vid folosite în experimentele lui Boyle privind legea gazelor. A construit unele dintre primele telescoape gregoriene și a observat rotațiile lui Marte și Jupiter. În 1665 a inspirat utilizarea microscoapelor pentru explorarea științifică prin cartea sa, Micrographia. Pe baza observațiilor sale microscopice ale fosilelor, Hooke a fost unul dintre primii susținători ai evoluției biologice. A investigat fenomenul de refracție, deducând teoria ondulatorie a luminii, și a fost primul care a sugerat că materia se dilată atunci când este încălzită și că aerul este alcătuit din particule mici separate de distanțe relativ mari. A desfășurat o activitate de pionierat în domeniul topografiei și al realizării hărților și a fost implicat în activitatea care a dus la realizarea primei hărți moderne în formă de plan, deși planul său pentru Londra pe un sistem de grilă a fost respins în favoarea reconstrucției de-a lungul traseelor existente. De asemenea, a fost aproape de o dovadă experimentală a faptului că gravitația urmează o lege pătratică inversă și a emis ipoteza că o astfel de relație guvernează mișcarea planetelor, idee care a fost dezvoltată independent de Isaac Newton. O mare parte din activitatea științifică a lui Hooke a fost desfășurată în calitatea sa de curator de experimente al Societății Regale, funcție pe care a deținut-o din 1662, sau ca parte a gospodăriei lui Robert Boyle.

.