Hans vuxna liv bestod av tre olika perioder: som vetenskaplig forskare som saknade pengar; han uppnådde stor rikedom och anseende genom sitt rykte om hårt arbete och skrupelfri hederlighet efter den stora branden 1666, och så småningom blev han sjuk och delaktig i avundsjuka intellektuella dispyter (det sistnämnda kan ha bidragit till hans relativa historiska oklarhet). Vid en tidpunkt var han samtidigt kurator för experiment i Royal Society, medlem av dess råd, Gresham-professor i geometri och lantmätare för Londons stad efter den stora branden i London (i denna egenskap tycks han ha utfört mer än hälften av alla mätningar efter branden). Han var också en viktig arkitekt under sin tid – även om få av hans byggnader nu finns bevarade och några av dem i allmänhet är felaktigt tillskrivna – och han bidrog till att utforma en uppsättning planeringsregler för London vars inflytande kvarstår än i dag. Allan Chapman har beskrivit honom som ”Englands Leonardo”. Robert Gunthers Early Science in Oxford, en historia om vetenskapen i Oxford under protektoratet, restaurationen och upplysningstiden, ägnar fem av sina fjorton volymer åt Hooke. Hooke studerade vid Wadham College i Oxford under protektoratet, där han ingick i en grupp av ivriga rojalister under ledning av John Wilkins. Här anställdes han som assistent till Thomas Willis och Robert Boyle, för vilken han byggde de vakuumpumpar som användes i Boyles gaslagsexperiment. Han byggde några av de tidigaste gregorianska teleskopen och observerade Mars och Jupiters rotationer. År 1665 inspirerade han användningen av mikroskop för vetenskapliga undersökningar med sin bok Micrographia. Baserat på sina mikroskopiska observationer av fossiler var Hooke en tidig förespråkare av biologisk evolution. Han undersökte fenomenet brytning och drog slutsatser om ljusets vågteori, och han var den förste som antydde att materia expanderar vid upphettning och att luft består av små partiklar som är separerade av relativt stora avstånd. Han utförde pionjärarbete inom lantmäteri och karttillverkning och var delaktig i det arbete som ledde till den första moderna kartan i planform, även om hans plan för London i ett rutnätssystem förkastades till förmån för en återuppbyggnad längs de befintliga vägarna. Han var också nära ett experimentellt bevis för att gravitationen följer en omvänd kvadratisk lag, och han ställde upp en hypotes om att ett sådant förhållande styr planeternas rörelser, en idé som oberoende utvecklades av Isaac Newton. Mycket av Hookes vetenskapliga arbete utfördes i egenskap av kurator för experiment vid Royal Society, en post han innehade från 1662, eller som en del av Robert Boyles hushåll.