Chémia:
* Boyleov zákon: Tento základný zákon o plynoch hovorí, že objem plynu je nepriamo úmerný jeho tlaku, keď je teplota udržiavaná konštantná.
* Prvky a zlúčeniny: Boyle bol silným zástancom myšlienky, že hmota sa skladá z prvkov, čo sú látky, ktoré sa nedajú rozložiť na jednoduchšie látky. Rozpoznal tiež existenciu zlúčenín, ktoré vznikajú spojením prvkov.
* Chemické reakcie: Študoval rôzne chemické reakcie vrátane horenia a reakcií kyselín a zásad. Vyvinul tiež metódy na meranie objemov plynov vznikajúcich pri chemických reakciách.
* Skepsizmus voči alchýmii: Aj keď sa Boyle zaujímal o alchýmiu, bol tiež veľmi skeptický k mnohým z jej tvrdení. Tvrdil, že alchýmia by mala byť založená skôr na empirickom pozorovaní a experimentovaní než na mystických alebo magických princípoch.
Fyzika:
* Vákuum: Boyle uskutočnil experimenty na skúmanie povahy vákua. Použil vzduchovú pumpu na vytvorenie čiastočného vákua a ukázal, že vzduch je potrebný na to, aby sa zvuk šíril a aby zvieratá prežili.
* Povaha hmoty: Boyle tvrdil, že hmota sa skladá z malých častíc nazývaných telieska, ktoré sú v neustálom pohybe. Táto myšlienka položila základy modernej atómovej teórie.
* Experimentálny prístup k vede: Boyle zdôraznil dôležitosť experimentálnych dôkazov vo vede. Veril, že teórie by mali byť prísne testované prostredníctvom experimentov a že by sa mali akceptovať iba tie teórie, ktoré sú podložené dôkazmi.
Ďalšie príspevky:
* Skeptický chymista: Táto vplyvná kniha, vydaná v roku 1661, spochybnila tradičné alchymistické pohľady na hmotu a obhajovala vedeckejší prístup k chémii.
* Kráľovská spoločnosť: Boyle bol zakladajúcim členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne, prestížnej vedeckej organizácie, ktorá podporovala vedecký výskum a spoluprácu.
Celkovo boli myšlienky Roberta Boyla vo svojej dobe prelomové a položili základ mnohým vedeckým princípom, ktoré dnes považujeme za samozrejmosť. Právom je považovaný za jedného z priekopníkov modernej vedy.