1641年，也就是伽利略去世前一年，爱尔兰少年罗伯特·波义耳在他的私人教师的陪同下，开始了他的“伟大旅程”——穿越欧洲之旅，这是富家子弟们中学毕业的重要仪式。（波义耳毕业于伊顿公学。）到那年秋天，两人就已经抵达了意大利北部，并决定在佛罗伦萨过冬。波义耳的早期传记作家托马斯·伯奇（Thomas Birch）告诉我们，在那里，他
大多数时间都在跟家庭教师（他的意大利语说得非常好）学习意大利方言，于是很快掌握了地道的意大利语，也掌握了足够的知识，使他既能读懂用意大利文写的书，也了解了意大利的风土人情……他利用余下的空闲时间读用意大利文写的近代历史以及伟大的天文学家伽利略的新的悖论。伽利略的天才之作……遭到了一条罗马法令的驳斥。
即便是被驳斥，伽利略的书明显仍旧广为传阅，罗伯特·波义耳发现它们非常有说服力。“关于地球运动的假设，”他后来写道，“远比亚里士多德（他明显被人误解了）的教条更切合实际现象。”
这个时候，伽利略从30年前开始的望远镜观测已经被再度进行，并得到了确认和详细阐述。望远镜的功能也越来越强大；天文学家约翰尼斯·开普勒曾给出了这条理论：与伽利略的凸透镜和凹透镜组合相比，两片凸透镜的成像更为清晰，视野也更广阔。1614年，德国物理学家克里斯托·夏纳（Christoph Scheiner）造出了开普勒望远镜，证明了这一理论。（不过改善后的成像是上下颠倒的。）同样的技术也在向着相反的方向开展；伽利略制作了一台复合显微镜，并命名为“occhialino”（“小眼镜”），伽利略曾用它端详“无数的小动物，带着极大的热忱”。［“跳蚤真是太可怕了。”1624年他在写给罗马博物学家费德里科·赛西（Federico Cesi）的信中写道。］
七年后，罗伯特·波义耳旅行归来，在伦敦开始他的科学研究，他对新技术充满热情。“借助了不起的望远镜，我观测着先前和最近被发现的恒星和行星；”他写道，“借助奇妙的显微镜，我观察到了肉眼看不见的东西，大自然鬼斧神工般不可复制的微妙……（并且）借助……化学熔炉之光，我研读了大自然这本书。”
化学熔炉：这是一个通用术语，指某些容器（瓷烧瓶、陶窑、水浴器和沙浴器、砖炉和石炉），这些容器用于加热自然物质，可人工设置温度，目的是发现它们的更多性质。望远镜、显微镜和熔炉与毕达哥拉斯、阿基米德和亚里士多德用以探究自然世界的工具有本质区别。古人测量自然界，并称重它，计算它，用他们的感官去理解物质世界。但是望远镜和熔炉则改变了感官与客体之间的基本关系。它们扭曲了自然界——异常地放大，或熔化或溶解或蒸馏客体（按波义耳所说，“折磨”自然界的物质，“直至它们坦白自身的组成原理”）。
这是培根实验的一部分。“仅凭双手或理解的作用非常有限，”培根曾在《新工具》中写道，“只有借助工具才能完成。”借助工具完成的实验是“精密的”，它们的过程是“elaboratories”（精细）的——这个词最早出现在17世纪。
精细要靠时间和金钱去打造，罗伯特·波义耳拥有优渥的家庭条件，使他独立、富裕，不受妨碍，因而他是使用新工具的理想人选。据他的朋友约翰·奥布里（John Aubrey）说，他有一个“先进的实验室，由几个仆人（他的学徒）管理……为了一探奥秘，他不惜一切代价” 。
尽管大多数人没有与波义耳所拥有的那样充足的资金支持，但也有其他年轻人也在用新工具做实验。在伦敦，波义耳结识了志趣相投的自然哲学家。“不可见世界的奠基石，或者（按他们自称）哲学学院，我确实常以与他们为伍而感到光荣，”1646年，他在给一位朋友的信中写道，“一群具有如此开阔之思想与探究之精神的人，学院哲学不过是他们知识的最基础的部分。”
这个“无形学院”并不是后来阴谋理论家所说的一个神秘的团体，它是一个由业余哲学家组成的松散关系网，他们的圈子时常更迭，彼此重叠，分享自己的发现，讨论培根主义哲学的方法。年轻的波义耳最常加入的圈子是由摩拉维亚理论家约翰·阿莫斯·夸美纽斯（John Amos Comenius）主持的，夸美纽斯（很奇怪）既支持培根主义哲学，又坚决反对哥白尼，因为他一方面认为观察对科学而言不可或缺，另一方面又认为《圣经》中已经阐明宇宙的地心说了。
到17世纪50年代早期，波义耳的科学实验技能似乎已超越了他在伦敦圈子中的其他人，他先搬回位于爱尔兰的家中，随后他又去了牛津，开始寻找其他志同道合的哲学家。在那里，他雇用了一个贫困潦倒的学生罗伯特·胡克（Robert Hooke）做实验助手。
两人一起——年近30岁的波义耳与刚刚20岁的胡克——设计出了诸多仪器，波义耳用它们去“折磨”自然界，揭示其秘密。到1658年，他们成功地制作出了气泵。1654年，德国物理学家奥托·冯·居里克（Otto von Guericke）第一次当众演示这一出了名的复杂仪器。居里克用气泵将一个由两个独立半球组成的中空铜球内的空气全部吸出，然后把两个半球分别与两支马队相连，每一支马队有8匹马，结果马队也不能把两个半球分开。居里克的目的是要推翻一条经典的亚里士多德学派理论——宇宙中不存在“空的空间”。亚里士多德曾说，宇宙的每个角落都有某种东西（这一立场后来被总结为“自然厌恶真空”）。居里克的实验关键在于除去铜球内的一切事物，哪怕是微小的、不可见的空气粒子也要除去，为了创造一个不含一物的空间——这是对亚里士多德学派物理学的又一个致命打击。
波义耳进行气泵实验的目的略有不同。很明显，自然界并不厌恶真空；现在，他想知道的是，在没有空气的时候，诸多现象会发生什么变化。他和胡克把许多东西放在了一个室中，并抽出其中的空气：大理石、重物、羽毛、在响的闹铃（他们听不见）、火药（很难引燃）、蜡烛（熄灭了）、一只鸭子（晕倒了）和几条蛇（它们最终死了）。根据实验，波义耳于1660年出版了自己的第一本书《关于空气的重量及其效果的物理力学新实验》（New Experiments Physico-Mechanical: Touching the Weight of the Air and Its Effects）。书中他总结出了一条理论，空气粒子可以被理解为
一堆小物体，它们彼此叠加，就像一团羊毛一样。因为它……含有许多纤细而有弹性的毛发；每一个都真的像一个小弹簧一样，可以轻易地弯曲或卷曲；但也像弹簧一样，努力去再次伸展开来。
用拳头紧握羊毛，羊毛就会压缩成更紧实的一簇；同样，空气也可以在外部压力下被压缩进一个更小的空间。另外，一旦松开拳头，羊毛就会伸展开；同样，一旦压力没有了，空气也会“随即伸展开，恢复它之前的形态，一个更疏松和自由的状态”。波义耳将这一属性称为“空气的弹性”，并用公式来表示，也就是我们所说的“波义耳法则”：当气体被压缩为一个更小的体积时，压力就会增加。
普遍认为，波义耳法则公式是现代物理学发展史上的里程碑，但实际上，罗伯特·波义耳对物理并不是特别感兴趣。他对组成自然世界的元素很感兴趣，因而也就对空气的成分感兴趣：“能给他带来最大快乐的，”约翰·奥布里评论道，“是化学。”