Boyle a inventat faimoasa pompă de aer în 1659 cu Robert Hooke. Descoperirile pe care cele două le-au făcut au fost publicate în prima publicație științifică Boyle, intitulată "Experimente noi fizico-mecanice, atingând primăvara aerului și efectele sale", publicată în 1660. În toată publicarea, cele două combustii explorate, sunet și respirație.
Legea lui Boyle a fost numită după Boyle, când una dintre constatările lor a exprimat relația inversă dintre volumul de gaz și presiunea gazului. A fost descoperit când cei doi măsurau volumul prezent într-o cantitate constantă de aer când aerul era comprimat prin greutăți contrastante ale mercurului.Boyle a fost mereu reticent în a forma teorii specifice și a preferat să efectueze experimente suplimentare cu observație. El credea că este important să se uite la lume ca fenomen natural și să creadă într-o filosofie mecanică a lumii.