Nel 1661 pubblicò il suo famoso libro The sceptical chymist (Il chimico scettico) che è stato, forse, il primo libro di chimica. Boyle dimostrò che non c'erano prove sperimentali a sostegno delle idee di Aristotele che considerava ogni materia formata da terra, aria, fuoco e acqua (le quattro sostanze allora ritenute elementari). Per Boyle la materia era formata da particelle e tutte le sostanze erano costituite da atomi diversi. Il suo modello della materia era sorprendentemente simile a quello oggi accettato dalla comunità scientifica.