В 1665 Гук внес важные усовершенствования в конструкцию микроскопа и с его помощью осуществил ряд исследований, в частности наблюдал тонкие слои (мыльные пузыри, масляные пленки) в световых пучках, изучал строение растений и мельчайшие детали живых организмов, ввел представление об их клеточном строении. В работе Микрография (Micrographia, 1665) описал клетки бузины, укропа, моркови, привел изображения весьма мелких объектов, таких как глаз мухи, комара и его личинки, детально описал клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха. В этой же работе изложил свою теорию цветов, объяснил окраску тонких слоев отражением света от их верхней и нижней границ. Гук был противником корпускулярной теории света Ньютона; высказал гипотезу о поперечном характере световых волн; считал теплоту результатом движения частиц вещества. В 1674 сформулировал идею тяготения, в 1680, предвосхитив Ньютона, пришел к выводу, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния и что все планеты должны двигаться по эллиптическим орбитам. Умер Гук в Лондоне 3 марта 1703.