在波义耳众多的科研成果中，还有几项不能磨灭的化学成就。波义耳常说，“要想做好实验，就要敏于观察。”这几项成就都是实验中敏锐观察的结果。
波义耳女友去世后，他一直把女友最爱的紫罗兰花带在身边。在一次紧张的实验中，放在实验室内的紫罗兰，被溅上了浓盐酸，爱花的波义耳急忙把冒烟的紫罗兰用水冲洗了一下，然后插在花瓶中。过了一会波义耳发现深紫色的紫罗兰变成了红色的。这一奇怪的现象促使他进行了许多花木与酸碱相互作用的实验。由此他发现了大部分花草受酸或碱作用都能改变颜色，其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明显，它遇酸变成红色，遇碱变成蓝色。利用这一特点，波义耳用石蕊浸液把纸浸透，然后烤干，这就制成了实验中常用的酸碱试纸——石蕊试纸。
也是在这一类实验中，波义耳发现五倍子水浸液和铁盐在一起，会生成一种不生沉淀的黑色溶液。这种黑色溶液久不变色，于是他发明了一种制取黑墨水的方法，这种墨水几乎用了一个世纪。
在实验中，波义耳发现，从硝酸银中沉淀出来的白色物质，“如果暴露在空气中，就会变成黑色。这一发现，为后来人们把硝酸银、氯化银、溴化银用于照相术上，做了先导性工作。
晚年的波义耳在制取磷元素和研究磷、磷化物方面也取得了成果，他根据“磷的重要成分，乃是人身上的某种东西”的观点，顽强努力地钻研，终于从动物尿中提取了磷。经进一步研究后，他指出：磷只在空气存在时才发光；磷在空气中燃烧形成白烟，这种白烟很快和水发生作用，形成的溶液呈酸性，这就是磷酸，把磷与强碱一起加热，会得到某种气体（磷化氢），这种气体与空气接触就燃烧起来，并形成缕缕白烟。这是当时关于磷元素性质的最早介绍。
波义耳所以取得这么大的成就，正如他所说：“人之所以能效力于世界，莫过于勤在实验上下功夫。”
波义耳定律（Boyle's law，有时又称 Mariotte's Law）：在定量定温下，理想气体的体积与气体的压力成反比。是由英国化学家波义耳（Boyle），在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”称之为波义耳定律。这是人类历史上第一个被发现的“定律”。
公式：V=k/P
V是指气体的体积P指压强k为一常数
这个公式又可以继续推导，理想气体的体积与圧强的乘积成为一定的常数，即：
PV=k
如果在温度相同的状态下，A、B两种状态下的气体关系式可表示成：
PAVA=PBVB
习惯上，这个公式会写成：
p2=p1V1/V2
波义耳定律的伟大意义 波义耳创建的理论——波义耳定律，是第一个描述气体运动的数量公式，为气体的量化研究和化学分析奠定了基础。该定律是学习化学的基础，学生在学习化学之初都要学习它。
波义耳具有实验天赋，还证实了气体像固体一样是由原子构成的。但是，在气体中，原子距离较远，互不连接，所以它们能够被挤压得更密集些。早在公元前440年，德谟克里特就提出原子的存在，在随后的两千年里人们一直争论这个问题。通过实验，波义耳是科学界相信原子确实是存在的。
波义耳定律的发现历程 波义耳生于伯爵之家，是英国科学协会的会员。在1662年科学协会的会议上，罗伯特·胡克（Robert Hooke）宣读了一篇论文，论文描述法国关于“空气弹性”的实验。17世纪，科学家对空气特征产生了浓厚兴趣。
法国科学家制造了一个黄铜气缸，中间装有活塞，安装得很紧。几个人用力按下活塞，压缩缸里的空气。然后，他们松开活塞，活塞弹回来，但是没有全部弹回来。不论他们隔多长时间做一次实验，活塞总是不能全部弹回来。
通过这项实验，法国科学家声称空气根本不存在弹性，经过压缩，空气会保持轻微的压缩状态。
波义耳宣称法国科学家的实验不能说明任何问题。他指出，活塞之所以不能全部弹回来，是因为他们使用的活塞太紧。有人反驳道，如果活塞稍松，四周就会漏气，影响实验。
罗伯特·波义耳许诺要制造一个松紧适中的绝好活塞，证明上述实验是错误的。
两周后，罗伯特·波义耳手持“U”形大玻璃管站在众会员面前。这个“U”形玻璃管是不匀称的，一支又细又长，高出3英尺多，另一支又短又粗，短的这支顶端密封，长的那只顶端开口。
波义耳把水银倒进玻璃管中，水银盖住了“U”形玻璃管的底部，两边稍有上升。在封闭的短管中，水银堵住一小股空气。波义耳解释，活塞就是任何压缩空气的装置，水银也可以看作“活塞”。像法国实验所期望的那样，波义耳的做法不会因为摩擦而影响实验结果。
波义耳记录下水银重量，在水银和空气交界处刻了一条线。他向长玻璃管中滴水银，一直把它滴满。这时，水银在短玻璃管中上升到一半的高度。在水银的挤压下，堵住空气的体积变成不到原来的一半。
在短玻璃管上，波义耳刻下了第二条线，标示出里面水银的新高度和堵住空气的压缩体积。
然后，通过“U”形玻璃管底部的阀门，他把水银排出，直到玻璃活塞和水银的重量与实验开始时的重量完全相等。水银柱又回到它实验开始的高度，堵住的空气又回到它当初的位置。空气果真有弹性，法国科学家的实验是错误的，波义耳是正确的。
罗伯特·波义耳用玻璃活塞继续实验，发现了很多值得注意的事情。当他向堵住的空气施加双倍的压力时，空气的体积就会减半；施加3倍的压力时，体积就会变成原来的1/3。当受到挤压时，空气体积的变化与压强的变化总是成比例。他创建了一个简单的数学等式来表示这一比例关系，如今我们称之为“波义耳定律”。就认识大气、利用大气为人类服务而言，这一定律是极为重要的。
《怀疑派化学家》1661年出版，《化学家的故事》，《矿泉的博物学考察》,《关于空气弹性及其物理力学的新实验》《关于火焰与空气关系的新实验》,《形式与性质的起源》(1666年,一书总结了原子论哲学的要点)
