Su vida adulta comprendió tres periodos distintos: como investigador científico que carecía de dinero; alcanzando una gran riqueza y prestigio gracias a su reputación de trabajo duro y honestidad escrupulosa tras el gran incendio de 1666, y finalmente enfermando y siendo parte de celosas disputas intelectuales (esto último puede haber contribuido a su relativa oscuridad histórica). En una época fue simultáneamente conservador de experimentos de la Royal Society, miembro de su consejo, profesor de geometría de Gresham y topógrafo de la ciudad de Londres tras el Gran Incendio de Londres (en cuyo cargo parece haber realizado más de la mitad de todas las mediciones posteriores al incendio). También fue un importante arquitecto de su época -aunque se conservan pocos de sus edificios y algunos de ellos suelen estar mal atribuidos- y contribuyó a diseñar un conjunto de controles de planificación para Londres cuya influencia perdura hoy en día. Allan Chapman lo ha caracterizado como «el Leonardo de Inglaterra». Early Science in Oxford, de Robert Gunther, una historia de la ciencia en Oxford durante el Protectorado, la Restauración y el Siglo de las Luces, dedica cinco de sus catorce volúmenes a Hooke. Hooke estudió en el Wadham College de Oxford durante el Protectorado, donde formó parte de un grupo muy unido de ardientes monárquicos dirigidos por John Wilkins. Aquí trabajó como ayudante de Thomas Willis y de Robert Boyle, para quien construyó las bombas de vacío utilizadas en los experimentos de la ley de los gases de Boyle. Construyó algunos de los primeros telescopios gregorianos y observó las rotaciones de Marte y Júpiter. En 1665 inspiró el uso de los microscopios para la exploración científica con su libro Micrographia. Basándose en sus observaciones microscópicas de los fósiles, Hooke fue uno de los primeros defensores de la evolución biológica. Investigó el fenómeno de la refracción, deduciendo la teoría ondulatoria de la luz, y fue el primero en sugerir que la materia se expande cuando se calienta y que el aire está formado por pequeñas partículas separadas por distancias relativamente grandes. Fue pionero en el campo de la agrimensura y la cartografía, y participó en los trabajos que dieron lugar al primer mapa moderno en forma de plano, aunque su plan para Londres en un sistema de cuadrícula fue rechazado en favor de la reconstrucción a lo largo de las rutas existentes. También estuvo a punto de demostrar experimentalmente que la gravedad sigue una ley cuadrática inversa, e hipotetizó que dicha relación rige el movimiento de los planetas, idea que fue desarrollada independientemente por Isaac Newton. Gran parte del trabajo científico de Hooke se llevó a cabo en su calidad de conservador de experimentos de la Royal Society, cargo que ocupó desde 1662, o como parte de la casa de Robert Boyle.