Selv om han ikke oppfant det sammensatte mikroskopet, ble hans egen design betydelig forbedret fra tidligere versjoner. Den inneholdt:
* To linser :en objektivlinse nær prøven og en okularlinse for visning. Dette muliggjorde høyere forstørrelse sammenlignet med enkeltlinsemikroskoper.
* Et mekanisk trinn :Dette muliggjorde presis bevegelse av prøven.
* Belysning :Hooke designet sitt eget belysningssystem ved å bruke et speil for å rette sollys mot prøven.
Mikroskopet hans var en bemerkelsesverdig prestasjon for sin tid, og lot ham gjøre detaljerte observasjoner av insekter, planter og andre små gjenstander. Det var gjennom dette instrumentet han kjente oppdaget og kalte "celler" mens han studerte en tynn korkskive.