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Publicó los resultados de sus observaciones sobre tejidos vegetales, como el corcho, realizadas con un microscopio de 50 aumentos construido por él mismo. Este investigador fue el primero que, al ver en esos tejidos unidades que se repetían a modo de celdillas de un panal, las bautizó como elementos de repetición, «células» (del latín cellulae, celdillas). Pero Hooke solo pudo observar células muertas por lo que no pudo describir las estructuras de su interior.
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Observó diversas células eucariotas (como protozoos y espermatozoides) y procariotas (bacterias).
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Describió la presencia de «animálculos» o «infusorios»; se trataba de organismos unicelulares.
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Describió el núcleo celular.
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Matthias Jacob Schleiden y Friedrich Theodor Schwann Postulan que todos los organismos están compuestos por células, y que todas las células derivan de otras precedentes.
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Observó el citoplasma celular.
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Identificó las mitocondrias.
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Postuló que todas las células provienen de otras células.
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Realizó multitud de estudios sobre el metabolismo de levaduras y sobre la asepsia.
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Descubrió que las células actuales comparten similitud estructural y molecular con células de tiempos remotos.
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Construyó el primer microscopio electrónico de transmisión en la Universidad de Berlín. Cuatro años más tarde, obtuvo una resolución óptica doble a la del microscopio óptico.
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Publicó su hipótesis sobre la endosimbiosis serial, que explica el origen de la célula eucariota.
