Sebbene non sia stato lui a inventare il microscopio composto, il suo design è stato notevolmente migliorato rispetto alle versioni precedenti. Presentava:
* Due obiettivi :una lente obiettiva vicino al campione e una lente oculare per la visualizzazione. Ciò ha consentito un ingrandimento maggiore rispetto ai microscopi a lente singola.
* Un palco meccanico :Ciò ha consentito un movimento preciso del campione.
* Illuminazione :Hooke progettò il proprio sistema di illuminazione, utilizzando uno specchio per dirigere la luce solare sul campione.
Il suo microscopio fu un risultato notevole per l'epoca, poiché gli permise di effettuare osservazioni dettagliate di insetti, piante e altri piccoli oggetti. Fu attraverso questo strumento che scoprì e diede il nome alle "cellule" mentre studiava una sottile fetta di sughero.