雷汶胡克的伟大发现来自他那摆弄显微镜的嗜好。当时在商店自然是买不到显微镜，雷汶胡克就自己动手设计制造。他从来没有当过职业磨镜师，也未曾在这方面受过正规训练，但是他掌握的技术的确精湛，比当时的任何一个职业磨镜师都要高超。

虽然约在雷汶胡克出生前三十年就已经发明了复合显微镜，但他却从未使用过。但是经过非常认真而准确的研磨，他磨出了焦距很短的小透镜，其分辨能力大于任何早期的复合显微镜。现在他所磨制的透镜中有一台的放大倍数大约是270，而且有迹象表明他曾制造过比这个放大倍数还要大的透镜。

雷汶胡克在做观察时极其耐心细致。他独具只眼，好奇无比，用自己精心制作的透镜，检查各种各样的物质，从人的头发到狗的精液，从雨水到小昆虫，还有肌肉纤维，皮肤组织以及许多其它样品。他认真做笔记，并对所观察到的事物都详详细细地绘制成图。

自从1673年以后，雷汶胡克就与当时主要的科学组织美国皇家学会保持通信联系。虽然他没有受过高等教育（他只念过初中，除荷兰语以外不懂任何语言），但是在1680年却被选为该会会员，同时还当上了巴黎科学院院士。

雷汶胡克结过两次婚，有六个孩子，但是没有第三代子孙。他身体健壮，到了晚年仍能继续工作。许多达官贵人都前来登门拜访过他，其中包括俄国沙皇（彼得大帝）和英国女王。他于1723年在台夫特去世，终年九十岁。

雷汶胡克做了很多有意义的发现。他是第一个描述精子的人（1677年），是红血球的最早描述者之一。他反对低等生物自然生殖学说，并给出大量的证据。例如，虱子的繁殖方式与有翼昆虫通常的繁殖方式相同。

1674年他对微生物进行第一次观察，做出了他的最伟大发现。这是人类史上最具有潜在力的伟大发现之一。雷汶胡克在一小滴水内发现了一个完整的新世界，一个完全意想不到的富有生命力的新世界。虽然他对这个新世界还不了解，但是它对人类具有非常伟大的意义。他所观察到的这些“非常微小的动物”实际上常常掌握着人的生死命运。雷汶胡克曾对微生物做过研究，他在许多不同的地方都可以找到这种生物：井水、塘水、雨水以及口腔和肠道里都有。他对各种不同的细菌及原生动物都做过描述，并计算过它们的体积。

几乎是在两个世纪以后的巴斯德时期，雷汶胡克的伟大发现才得以应用。事实上整个微生物学科在19世纪末先进的显微镜未发明之前一直处于冬眠状态。因此可能有人会认为即使没有雷汶胡克，即使他的发现是在19世纪做出的，也不会因此使科学的进展受到多大影响。但是雷汶胡克确实发现了微生物，科学是通过他才真正意识到了微生物的存在，这是不容否认的。

人们有时会认为雷汶胡克完全是凭运气才做出了一项重要的科学发现。但事实毕竟是事实。他认真地制作出了质量超前的显微镜，他的观察耐心准确，他对微生物的发现自然就是其中的一个结果。换句话说，他的发现是技巧和甘苦结合的产物──恰好同纯粹的运气相对立。