보일의 법칙으로 잘 알려진 보일은 사실 분석 화학의 기초를 닦은 사람이다.

   그는 실험 조수 로버트 후크(Robert Hooke)의 도움을 받아 제작한 진공펌프를 사용하여 '진공'의 존재를 증명했다.  그리고 공기의 물리적 특성들과 공기가 연소, 호흡, 소리의 전달에 필수적임을 보여주는 선구적인 실험을 행했다. 그는 이 연구들을 1660년 <공기의 탄력에 대한 자극과 그 효과에 관한 새로운 물리역학적 실험들>로 펴냈다. 1662년의 2판에는 일정한 온도에서 기체의 부피는 압력에 반비례한다는 현재 보일의 법칙이라고 알려진 관계에 대해 왕립학회에 제출한 1661년의 보고서를 부록으로 포함시켰다.

    현대 과학에 있어서 보일이 이룩한 가장 큰 업적은 바로 원소의 개념을 바로잡아 18세기 이후 분석화학의 발전을 가능하게 했다는 데 있다. 그는 고대 그리스 철학에서 비롯된 형이상학적이고 선험적인 원소 개념에서 탈피하여 경험적으로 결정된 요소들로 원소를 설명하였던 것이다. 그는 당시 받아들여지고 있던 아리스토텔레스의 4원소설에 사용된 원소 개념을 진정한 의미의 원소라고 생각하지 않았고, 물질은 각각의 여러 원소로 이루어져 있고 이것들의 결합으로 화합물이 된다는 사실을 밝혀냈다.

    하지만 보일 자신이 '근대적인' 원소 개념을 제시한 것은 아니었다. 그는 단지 입자로서의 원소 개념을 제시했을 뿐이다. 오늘날 우리가 사용하는 원소 개념은 그의 영향을 받은 18세기의 화학자들에 의해 새로 정립된 것이다.