人类在很长时期内，都是依靠肉眼来观察世界上形形色色的事物，但是能看到物体的最小极限只有0.1毫米，超过这一极限，肉眼也就无能为力了。自从显微镜发明和改进后，使人的眼睛一下子深入到茫茫微观世界，科学家在它的帮助下，观察到了一些动植物中从未见到过的微细结构。第一个通过显微镜观察到细胞的人是英国的科学家胡克。
自学成才
罗伯特·胡克是一位牧师的儿子，1635年生于英国怀特岛。他从小多病，但在少年时就显示出了机械设计和制造方面的才能，自制了许多机械玩具。按家庭传统，他的职业应是牧师，但因他常年头痛，不能坚持这种学业。1648年，父亲去世后他去伦敦当学徒，遇到一位威斯敏斯特学校的教师，这位教师很欣赏他的天赋，给他很大帮助，为他创造了学习条件。胡克学习了拉丁文、希腊文及希伯来文，自学欧几里德的数学，并把几何学应用于机械学。
1653年，他移居牛津，依靠自学，掌握了丰富的科学知识，结识了许多有名的学者。在与其他科学家合作中，他的多方面才能，引起了他们的注意，而他也从这些大科学家那里学到许多东西。他当过解剖学家威里斯的助手和化学家、物理学家波义耳的助手，以后就独立地从事多方面的科学研究。胡克的成就是很大的。他根据弹簧试验的结果提出了胡克定律，即在弹性极限内，弹性物体的应力与应变成正比。他在光学和引力方面的研究仅次于牛顿。他在改进空气压缩机等方面的工作，为确立波义耳定律作出了贡献。他还对钟表、显微镜等机械仪器进行改进，为望远镜提供了十字标线、光瞳光栏并通过螺旋调节达到直接读数。他用自己制造的第一台反射望远镜观察了火星的运动。他还是公认的科学气象学的奠基人。
像胡克这样一个在物理、化学、生物、机械等多学科作出贡献的科学家，竟没有受过正规的科学院校学习训练，这在科学史上还是少有的。他的最高学位是1663年在牛津得到的文学硕士。
胡克对显微镜的研究和改进，使得人类第一次走进微观世界，开始对生物结构有新的发现。
细胞的发现
1665年，担任英国皇家学会光学仪器修理匠的罗伯特·胡克，在自己改制了的一台复合显微镜旁（放大率为40~140倍），专心地用锋利的削笔刀，从一小块清洁的软木上，切下光滑的薄片。当他把切下的软木薄片放到显微镜下进行观察时，似乎看到了一些小的空洞，但并不十分清楚。他更加细心地再切下极薄的一片，因为它是白色的，便把它放在一片黑色载物板上，再用一反射镜投光其上，于是他便清楚地看到薄片全部是多孔多洞的。这些空洞不规则地排列着，结构很像一个蜂窝。多么有趣的小空洞啊！原来软木体的结构是这个样子。于是他便给这些空洞取了一个“细胞”的名字，细胞在拉丁文中是空房之意。就这样胡克于1665年第一次发现了细胞，成为人类了解植物基本构造的开创者，为生物结构的研究奠定了基础。
胡克当时研究软木是为了考证软木的弹性、疏水性等特点，但结果却发现软木的切片中有许多蜂窝状的不规则的小孔。通过粗略计数，每平方英寸超过100万个。如果不是用显微镜直接观察，几乎是难以相信的。以后他又观察了一些树木的髓部，发现与软木的情况相似。除植物外，他还对一些动物的细微结构用显微镜进行观察。
胡克将他观察到的许多东西汇编成了一本书，书名叫做《显微谱志》。这本书中有83页插图，记录下了人类最早发现细胞的许多珍贵资料。
后来人们进一步研究观察，证明胡克所说的“细胞”，实际上只是软木塞组织中一些死细胞留下的空腔，即是没有生命的细胞壁，不是活的细胞。尽管如此，胡克第一次发现了细胞，使生物学从宏观深入到微观，即由形态结构研究深入到细微结构。从此以后“细胞”一词就用来表述生命的基本结构单位，他所提出的“细胞”的名称一直沿用至今。
打开微观世界的大门胡克用显微镜对许多生物做了细致的观察。在植物方面有苔鲜、霉菌、海藻、荨麻刺毛、野生燕麦刺毛、罂粟种子等十几项。他还通过观察阐明了霉菌的发育过程、苔藓的结构等等。
在动物方面，有鱼鳞片上美丽细小的花纹，蜜蜂螫针的结构，家蚕的卵，苍蝇的头、足等。有些工作从此成为显微镜研究的经典对象。他对鸟类羽毛结构的精细研究，直到19世纪也没有被人超过。他所描述的小昆虫、蜘蛛、螨类，除了荷兰人施旺姆丹一人外，在一个世纪内，无人可以匹敌。他还描绘了一个逼真的、令人畏惧的似乎长达46厘米的跳蚤。
后来胡克由于视力减弱，把显微镜的观察研究搁置下来。
自1674年开始，荷兰自学成才的显微镜学家列文虎克，用他自制的能放大270倍的显微镜，发现了原生动物和细菌，第一次绘出骨细胞和横纹肌的细胞图。他还观察到了蛙和鱼类的带核的红细胞，列文虎克于1695年发表了以《宇宙秘密的发现》为总标题的著述。
与胡克同时期从事显微镜观察研究的，还有意大利人马尔比基、英国人格鲁以及前述的列文虎克及施旺姆丹。前三人分别对植物细胞、原生动物、细菌、红细胞等进行观察描述，并对细胞的一些主要结构冠以小囊、小泡、气囊、小球等名称。其中尤以格鲁对细胞的描绘远较胡克的精确，但他对细胞的概念却比较模糊。施旺姆丹对昆虫发育和微细结构做了大量工作。胡克和他们一起，作为早期的显微镜学家，记录下许多重要的观察结果为人类揭示出一个令人难以置信的复杂的微观生物界。
300多年来，随着对细胞的研究不断深入发展，在现代电子显微镜观察下的细胞结构，已同胡克当初的描述无法比拟，然而胡克最早发现细胞的功绩，仍然是不可磨灭的。
