這兩派的觀點，雖說法不同，但本質上是一樣的，他們都為煉金術士們提供了“理論”依據。今天聽來這些十分可笑的錯誤觀點，在波義耳時代，卻是極為盛行的。
代表波義耳的懷疑派化學家，以大量的實驗事實駁斥了他們的觀點。波義耳舉出了黃金的例子。他說：黃金不怕火燒，經過烈火也未見黃金分解，更沒分解出硫、汞和鹽，也不可能含有土、水、氣和火。但黃金可以跟其他金屬形成合金，也可以用王水溶解，溶解後再經處理，底層就會沉澱出一層金粉，其數量和性質跟原來溶解的黃金一樣。這說明黃金無論經過什麼化學反應，黃金的微粒是不變的。他還舉出水銀的實驗、銅的實驗來說明這個觀點。
懷疑派化學家在這裏還批駁了“火能使複雜物質分解為元素”的說法。他說：砂子和堿混合熔化，會生成透明的玻璃，但玻璃不會再被火分解成原來的物質或更簡單的物質。在他列舉出許多事實之後，得出的結論是：“化學家從來也沒有證明，化合物能通過化學分析正好分解出三種可以當作元素的特定物質。”他斷言，物質的形成是複雜的，“四元素說”、“三元素說”都是錯誤的，就像一個人隻認識三四個密碼，卻要破譯一本用大量密碼寫成的書，這是不可能的。
從大量實驗事實出發，他給元素下了一個明確的定義。他說：“我指的元素，應當是不由其他任何物質所構成的原始的、簡單的、純淨的物質”，“是具有確定性質的、實在的、可覺察到的實物，是用一般化學方法不能再分解的最簡單的實物。”
從現代觀點看，他說的元素就是單質。盡管如此，在當時，波義耳關於元素的論證，有力地批判了煉金術士們陳舊的、唯心的元素觀，使化學研究走向了科學的道路。
繼1661年《懷疑派化學家》這一名著發表之後，第二年，他又發表了以他的名字命名的“波義耳定律”。
波義耳定律的發現
波義耳不僅是一位傑出的實驗化學家，還是一位出色的實驗物理學家。在物理學方麵，使他最感興趣的，是氣體的研究。
首先，他注意到氣體有彈性，即可被壓縮，液體蒸發時，蒸汽會彌散在整個空間。這使他得出一個合理的推論，那就是氣體是由保持一定距離的小微粒組成的。氣體有彈性，就是微粒間的距離可大可小。
他還用一個抽掉空氣的圓筒，第一次證明一塊鉛和一根羽毛在沒有空氣阻力時會同時著地。這正是伽利略的自由落體定律：一切物體在真空中下落的速度相等，而與物體重量無關。
當他知道葛利克製成了研究氣體的設備空氣抽氣機後，便在助手虎克的協助下，自行設計製成了效率更高的抽氣泵。這種抽氣泵得到的真空，被叫做“波義耳真空”。
利用自製的抽氣泵，波義耳多次做了氣體的體積與壓力有關的實驗。在波義耳之前，意大利的科學家托賽利，於1643年就做過空氣有壓力的實驗，但未能發現氣體體積與壓力之間的定量關係。波義耳就是要在前人的基礎上，深入探究這樣的問題。
他的實驗清楚而有趣地表明：氣體的體積與壓力是成反比的。當壓力增大一倍，體積就減少一半；當壓力減少一半，體積又增大一倍。這是他用多種方法、多次實驗，通過細心測量得出的結論。不論在壓力高於大氣壓，還是壓力低於大氣壓的情況下，都是如此。這就是著名的波義耳定律，它是1662年物理學上的重大發現。1676年，法國物理學家馬略特也發表了一篇論文，說明氣體體積與壓力成反比的定量關係。所以，這一定律也稱波義耳-馬略特定律。
在波義耳定律發表的第二年，即1663年，世界知名的英國皇家學會成立了。波義耳被一致選舉為該會會員。這時的波義耳名聲愈來愈大，到處受到尊敬。不少公司請他任職，甚至還經常應邀入宮。但是，這一切榮耀絲毫也沒有引起波義耳的關注，他所全力關注的還是科學事業。這時正是他創造力的極盛時期，一篇接一篇的科學論著，不斷發表出來。
1664年，他發表了《關於顏色的試驗和思考》；1665年，《酸堿假設的思考》問世；後來，還出版了《礦泉水的自然史簡編》。這些都是波義耳在分析化學方麵的重大貢獻。
紫羅蘭變色引發的思考
一天，在波義耳的實驗室裏，一束深紫色的、非常漂亮的紫羅蘭忽然冒起煙來。走近一看，原來是做實驗用的濃鹽酸濺到花上了。波義耳立即拿起花束，放在水裏清洗。結果，魔術般的奇跡發生了!紫羅蘭變成紅色，成了“紅羅蘭”。
這一偶然發現，卻引起了波義耳的認真思考：紫羅蘭若遇到其他的酸溶液，會不會也有這種現象呢?如果不是紫羅蘭而是其他有色植物呢?如果有色植物遇到的不是酸，而是酸的對立物——堿，又會有什麼結果呢?
波義耳解決這一連串問題的惟一辦法，就是實驗。於是，他讓助手們離開實驗室，去花園、去田野搜集各種有色植物。當助手們回來的時候，實驗室幾乎變成一座花房。這裏不僅有上好的紫羅蘭，還有玫瑰、櫻草、洋紅、石蕊、薑黃、蘇木、五倍子等等。波義耳和他的助手們先把這些有色植物的漿汁浸漬出來，再將浸液分別與酸、堿作用。有的隻在酸作用下變色，有的則遇堿才改變顏色。最有趣的是，紫色的石蕊浸液遇酸變紅，遇堿則變藍。這樣一來，不就可以用這些植物浸液來辨認什麼是酸，什麼是堿了嗎?這些浸液就是酸堿指示劑。為了使用方便，波義耳還想出了用吸收浸液後又烤幹的紙，來檢驗酸堿的辦法。至今還在使用的石蕊試紙，就是當年波義耳的發明。