罗伯特·波义耳1627年1月25日生于爱尔兰的伍特福德的利斯莫尔城堡，是一位贵族的后代，也是一位神童。他8岁时进入英国的贵族学校伊顿公学，据说当时就已经会希腊文和拉丁文了。11岁随家庭教师周游欧洲，读到了伽利略和笛卡尔的著作。1644年回国，父亲已经去世，给他留下了一份丰厚的遗产。1654年，波义耳移居牛津，在那里结识了胡克并收为助手，关于压缩空气的实验就是在这段时间做的。1668年，波义耳移居伦敦，在那里建立了一家私人实验室，埋头从事化学实验，写出了许多实验报告和理论著作。1691年，波义耳在伦敦去世。
波义耳最重要的化学著作是1661年出版的《怀疑的化学家》，正是此书标志着近代化学从炼金术脱胎而出。自帕拉塞尔苏斯以来的医药化学家们，虽然在物质分类和定量实验方面做了许多工作，但他们的工作依然以实用为目的。从波义耳开始，化学被看成一门理论科学，它不只是制造贵重金属或有用药物的经验技艺，而是自然哲学的一个分支，主要从事对物质现象的理论解释。确立这样的化学概念，是波义耳的第一个重要贡献。
对旧的元素概念的清除是他对近代化学的第二个贡献。波义耳既反对亚里士多德的四元素说，也反对帕拉塞尔苏斯的三要素说。在他看来，万物由不多几种元素组成的思想是不可靠的，这就好像读一本密码书只认识里头的几个字，这样的破译是不可能的。他认为，任何物体都不是真正的元素或要素，因为它们都处于化合状态，而元素“是指某些原始的、简单的物体，或者说是完全没有混杂的物体，由于它们既不能由其他任何物体混成，也不能由它们自身相互混成，所以它们只能是我们所说的完全结合物的组分，是它们直接复合成完全结合物，而完全结合物最终也将分解成它们”。在确立了科学的元素概念之后，波义耳接着说，化学家的任务并不是思辨地考虑自然界是由“多少”种元素化合而成的，而应在实验中考察自然界是“如何”被化合出来的。他自己做了不少实验，证明四元素或三要素都是不够的。他在实验中发现，过去人们往往用同一个名称表示许多种其实不同的物质，例如，植物盐和动物盐在晶体形状上并不相同，而且前者是固体，后者则易于挥发。
对火在化学分解中的作用所做的澄清，是波义耳对近代化学的第三个贡献。炼金术传统一直认为，火是万能的化学分析工具。所有的元素都预先混合在物质之中，火可以将它们分离开来。波义耳认识到“混合”与“化合”的不同，他把“混合”叫作“机械混合”，把“化合”叫作“完全混合”。在所谓的混合物中，每个组分均保持自己的特性，能够相互分开，而化合物中的每个组分不再保有自己的特性。自然界的物质是由元素化合而成，不可能简单地进行分离。火可以分离许多混合物，但并不能分离一切混合物。玻璃就不能用火来分解，而我们知道它由盐和土所组成。有些经火分离出来的物质也不一定是元素，而是另一种化合物。此外，火的作用是多种多样的，以燃烧或蒸馏的形式起作用，其效果是不一样的。火不能分解的物质可以通过别的方式加以分解。
对燃烧问题的研究是波义耳对化学的第四个贡献。由于他在胡克的帮助下造出了抽气机，使得他有可能在真空中做燃烧实验。在发表于1673年的《关于火焰与空气的关系的新实验》一文中，波义耳叙述了硫黄在真空中燃烧的过程。他注意到，在没有空气的情况下，带有硫黄的纸卷只冒烟不着火，而一放进空气，纸卷马上冒出蓝色的火焰。这个实验使他意识到空气对于燃烧的必要性。另一个实验使得他接近于发现氧。在一个未完全抽空的容器里，油仍然十分充足的油灯不久就灭了，这表明，只有某一部分空气是燃烧所必需的。波义耳还认识到，像灯火一样，动物的生命也依靠空气中的某一部分来维持，但他还没有大胆地想到，维持灯火的那一部分空气恰恰就是维持动物生命的那一部分空气。
1664年，胡克用压缩空气做的实验表明，灯或者动物在高压空气中持续或存活的时间比在普通空气中更长。这就意味着它们所需要的是同一部分空气。胡克称这部分空气为“亚硝气”。对氧的认识标志着化学发展的水平，直到拉瓦锡时代，化学才变得真正成熟起来。
