Wetenschappelijke carrière
Boyle bracht een groot deel van 1652-54 in Ierland door om toezicht te houden op zijn erfelijke land, en hij voerde ook enkele anatomische dissecties uit . In 1654 werd hij uitgenodigd in Oxford, en hij vestigde zich vanaf c. 1656 tot 1668. In Oxford werd hij blootgesteld aan de laatste ontwikkelingen in de natuurfilosofie en raakte hij verbonden met een groep opmerkelijke natuurfilosofen en artsen, waaronder John Wilkins, Christopher Wren en John Locke. Deze personen vormden samen met een paar anderen de ‘Experimental Philosophy Club’, die soms bijeenkwam in Boyle’s kamers. Veel van Boyle’s bekendste werk dateert uit deze periode. In 1659 hij en Robert Hooke, de slimme uitvinder en daaropvolgende curator van experimenten voor de Royal Society, voltooiden de constructie van hun beroemde luchtpomp en gebruikten deze om pneumatiek te bestuderen. Hun resulterende ontdekkingen met betrekking tot luchtdruk en het vacuüm verschenen in Boyle’s eerste wetenschappelijke publicatie, New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air en zijn effecten (1660). Boyle en Hooke ontdekten verschillende fysieke kenmerken van lucht, waaronder de rol ervan bij verbranding, ademhaling en de overdracht van geluid. Een van hun bevindingen, gepubliceerd in 1662, werd later bekend als ‘de wet van Boyle’. Deze wet drukt de omgekeerde relatie uit die bestaat tussen de druk en het volume van een gas, en werd bepaald door het volume te meten dat wordt ingenomen door een constante hoeveelheid lucht wanneer deze wordt gecomprimeerd door verschillende gewichten kwik. Andere natuurfilosofen, waaronder Henry Power en Richard Towneley, rapporteerden gelijktijdig vergelijkbare bevindingen over lucht.
Het wetenschappelijke werk van Boyle wordt gekenmerkt door zijn afhankelijkheid van experiment en observatie en zijn onwil om gegeneraliseerde theorieën te formuleren . Hij was voorstander van een ‘mechanische filosofie’ die het universum zag als een enorme machine of klok waarin alle natuurlijke verschijnselen louter verantwoordelijk waren door mechanische uurwerkbewegingen. Zijn bijdragen aan de chemie waren gebaseerd op een mechanische ‘corpusculaire hypothese’ – een merk van atomisme dat beweerde dat alles was samengesteld uit minuscule (maar niet ondeelbare) deeltjes van een enkele universele materie en dat deze deeltjes alleen konden worden gedifferentieerd door hun vorm en beweging. Tot zijn meest invloedrijke geschriften behoorden The Skeptical Chymist (1661), die de toen geldende aristotelische en vooral Paracelsiaanse opvattingen over de samenstelling van materie en methoden van chemische analyse aanviel, en de oorsprong van vormen en kwaliteiten (1666), die chemische verschijnselen gebruikten. ter ondersteuning van de corpusculaire hypothese. Boyle bleef ook een levenslang streven naar transmutationele alchemie, in een poging om het geheim van het transmuteren van onedele metalen in goud te ontdekken en contact op te nemen met personen waarvan wordt aangenomen dat ze alchemistische geheimen bezitten. Over het algemeen pleitte Boyle zo sterk voor de noodzaak om de principes en methoden van scheikunde toe te passen op de studie van de natuurlijke wereld en op de geneeskunde dat hij later de benaming “vader van de scheikunde” kreeg.