然而，胡克的最大成就，是设计了复合显微镜。这个显微镜后来由伦敦著名的仪器工匠克里斯多弗·库克制造出来，胡克就用自己发明的复合显微镜来观察蜂房。他观察软木的结构，发现许多蜂窝状的小格子，就创出英语“细胞”(cell)一词来指这些小格子。后来“细胞”便用来指构成生物体的基本单位。

胡克在1665年发表《微观图集》后即一举成名。书中的昆虫插图，是胡克用显微镜观察后，亲手绘制的，既准确又精美。他最有名的一张插图，画的是一只跳蚤。图的大小为30乘45厘米，连跳蚤的脚爪、脊椎和甲壳都画得巨细无遗。当时有些属于上流阶层的读者看到这张图，都大为震惊，据说有些女士还吓得不支晕倒。

胡克把人造针放大，拿针尖与自然界的东西放在一起来比较，然后写道：“透过显微镜，我们可以看到许多比针头尖很多倍”的东西。他指的是昆虫的毛发、刚毛，脚爪；植物的刺、钩和气根。自然界的事物在外形与柔滑度方面都不是人工事物可比拟的，造物主的创造实在奇妙，能力无穷。《不列颠百科全书》说，显微镜“把复杂无比的有机生物世界，首次展现在人们眼前”。

胡克是第一个用显微镜仔细观察化石的人，其后他有一个说法，指化石是死去很久的有机体的遗迹。《微观图集》一书载有更多科学上的微观发现，十分引人入胜。与胡克同时代的日记作者塞穆尔·佩皮斯说，“在我所读过的书当中，没有一本比《微观图集》更具独创性”。而牛津大学科学历史家艾伦·查普曼就说，胡克的书“对现代社会影响深远，极有分量”。

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胡克的显微镜设计

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胡克创出“细胞”一词去形容软木上的洞

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胡克的《微观图集》描绘他从显微镜中见到的景象

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一般跳蚤的大小

据说胡克画的跳蚤曾吓晕不少女士