Podczas pobytu w Oksfordzie został członkiem tzw. niewidzialnego kolegium (Invisible College) — zalążku Towarzystwa Królewskiego w Londynie (1662 Invisible College zostało uznane przez Karola II za „królewską instytucję naukową”). Boyle był człowiekiem bardzo skromnym, wybrany 1680 na prezesa Towarzystwa Królewskiego, odmówił honoru. Angażował się w działalność charytatywną, a także brał udział w szerzeniu wiary chrześcijańskiej — był żarliwym protestantem (m.in. finansował przekład Nowego Testamentu na irlandzki i turecki). Do głównych prac Boyle’a należą: The Sceptical Chemist oraz Origin of Forms and Qualities according to Corpuscular Philosophy (1664), New Experiments, to make the Parts of Fire and Flame Stable & Ponderable (1673), Medicina Hydrostatica or Hydrostatics Applied the Materia Medica (1690). Uczony zmarł 30 XII 1691 w Londynie.
The Sceptical Chymist Podstawowe dzieło Boyle’a, The Sceptical Chymist (1661), jest napisane — zgodnie z XVII-wiecznym obyczajem — w konwencji dysputy, w której wyrażający poglądy autora Carneades tłumaczy nasuwające się mu wątpliwości swemu przyjacielowi Eleutheriusowi. We wstępnej fazie dysputy biorą też udział: Themistius, zwolennik poglądów starożytnych filozofów, oraz Philoponus, zwolennik poglądów alchemików. Wypowiedzi tych czterech uczestników dysput są dość rozwlekłe, co utrudnia analizę tekstu, lecz nie obniża jego historycznej wartości. Dzieła Boyle’a nie były nigdy tłumaczone na język polski, a najlepiej treść tego pełnego alchemicznych paradoksów dzieła oddałby w dzisiejszym języku tytuł Powątpiewający Alchemik.
Dzieło to jest uważane za punkt zwrotny w historii chemii — Boyle odniósł się w nim sceptycznie do panujących jeszcze wśród przyrodników poglądów filozofów starożytnych i alchemicznych na strukturę materii. Kwestionował słuszność twierdzenia, że każde ciało składa się ze wszystkich pierwiastków połączonych w różnym stosunku i wykazywał, że twierdzenie to prowadzi do paradoksu. Filozofowie starożytni (zwani przez Boyle’a perypatetykami) uznawali istnienie czterech pierwiastków: ognia, powietrza, wody i ziemi, zaś alchemicy (zwani przez niego chemikami lub spagirykami) sądzili, że pierwiastkami są trzy inne substancje: rtęć, siarka i sól. Omawiając wykonane doświadczenia, Boyle dowodził, że poszczególne ciała mogą się składać z mniejszej lub większej liczby pierwiastków, a także opowiadał się za (wówczas nie przyjmowaną powszechnie) korpuskularną strukturą materii. Sformułował definicję pierwiastka jako kres analizy chemicznej ciała, nie wskazał jednak żadnej substancji, która by nim była.
Rozpatrując sposób działania ognia na różnorodne ciała, Boyle wyraził wątpliwość, czy słuszne jest przypisywane m.in. Arystotelesowi twierdzenie, że ogień łączy części podobne, a rozdziela niepodobne. Uważał, że ogień rozdziela ciało na części, które potem mogą się łączyć ze sobą w różny sposób, tworząc coraz większe zespoły cząstek, ale te wydzielone przez ogień części wcale nie muszą być pierwiastkami. Boyle odrzucał pochodzącą od perypatetyków koncepcję, że właściwości ciała złożonego są sumą właściwości składników, sugerując, że istotne znaczenie ma sposób łączenia się składników.
Relacjonując powstawanie roztworów zauważył, że z jednego rodzaju roztworów można odzyskać tylko substancje pierwotnie rozpuszczone, a z innych można wydzielić również substancje różne od rozpuszczanych. Sygnalizował więc rozróżnianie tego, co dziś nazywa się oddziaływaniami chemicznymi i fizycznymi.
Robert Boyle w swym dziele opowiadał się za ścisłością sformułowań, tak by nie wzbudzały one wątpliwości i nie prowadziły do paradoksów. Tą samą nazwą bowiem określali badacze różne substancje oraz nadawali różne nazwy tej samej substancji otrzymywanej różnymi metodami. Mimo, że Boyle podważał słuszność twierdzeń perypatetyków i alchemików, nie podał w zamian innych ścisłych definicji. Dlatego jeszcze przez cały wiek operowano pojęciami perypatetycznymi i spagirycznymi. Dopiero Lavoisier udowodnił, że ziemia, woda i powietrze są ciałami złożonymi. Choć Boyle w sposób rewolucyjny zmienił sens pojęcia „pierwiastek”, dopiero Lavoisier wskazał, które substancje są pierwiastkami. Boyle w Sceptical Chymist, wykazując paradoksy ówczesnego stanu wiedzy chemicznej, dał podstawy dalszych rozumowań, które po stu latach doprowadziły do powstania chemii klasycznej.
Najważniejsze badania W 1662 Boyle opublikował wyniki pomiarów objętości powietrza w zależności od ciśnienia, stwierdzając, że iloczyn objętości i ciśnienia jest stały — prawo Boyle’a; 1679 Edme Mariotte, niezależnie od Boyle’a, wykonał takie pomiary, dlatego najczęściej prawo to nazywa się prawem Boyle’a i Mariotte’a.
W pracy Experiments and Considerations Touching Colours (1663) omówił Boyle zmianę barwy roztworów niektórych barwników roślinnych w kwasach i alkaliach, wprowadzając w ten sposób wskaźniki do analizy chemicznej. Wprowadził też termin „analiza” na określenie badania składu substancji.
Mierzył ciężary właściwe ciał oraz badał ich twardość, łupliwość i formę krystaliczną. Mieszaninę lodu i salmiaku zastosował jako środek chłodzący. Za pomocą skonstruowanej przez siebie (i opisanej w dziele Nova Experimenta Physico-Mechanica de Vi Aeris Elastica 1669) pompy powietrznej do 1686 badał właściwości powietrza oraz obserwował zmiany hermetycznie zamkniętej substancji, którą ogrzewał skupionym soczewką światłem słonecznym.
, ur. 25 I 1627, Líos Mór (hrab. Port Láirge, Irlandia), zm. 30 XII 1691, Londyn,
