就像所有新领域的探险家一样，列文虎克也随着好奇心的指引前行。他研究过蜜蜂的嘴部、他自己牙齿上的牙斑、他自己的胡子、跳蚤身上的毛、红细胞和植物细胞、盐巴和胡椒、精子与卵子、毛细血管和神经纤维、眼球的晶体、牙齿的结构，以及最著名的微生物。在他眼前旋转舞动冲撞的这些“微生动物”，自古以来一向不为人所见，也罕有人料到其存在。列文虎克是第一个看到这些生物的人，他同时对它们进行了描述、描绘、测量和清点，并且告知全世界。
本来，列文虎克可能就此默默且快乐地进行研究，顶多和镇上几名好奇的居民分享他的发现，但后来台夫特有位葛拉夫（Reinier de Graaf）医生把他的成果转告伦敦皇家学会（Royal Society of London）。当时的伦敦皇家学会只有12年历史，对于其科学通讯员（correspondent）并没有学历限制，正如他们的宪章所言：“拥有清明的感官与真理，便是充分的资格。”在随后50年间，列文虎克对显微世界的探索与观察，便以书信形式出现在他们的《 会报 》（Transactions）上，由列文虎克以荷兰文书写，数个不知名的合作研究者绘制插图，并由学会加以翻译。
列文虎克的书信读起来不像精练的科学报告，而更像是某位探险家的日志，处处回响着他所感受的喜悦。比方说，在他的第六封信中，他这样描述他的新发现，也就是如今所知的原生动物或单细胞动物：“此外，这当中有很多小型微生物，有的圆圆的，其他的，大一点，里面有卵。最后我还看到头部附近有两条小腿，在身体最后面还有两个小鳍……这些微生物在水里的动作大都很快速，动作很多样，往上，往下，绕圈圈，看起来真是美妙。”
如果逐篇分开读的话，列文虎克的信看起来可能只是一串生动但杂乱无章的叙述，一堆毫不相干的观察。然而在他漫长的科学生涯中，他将同样的主题一次又一次改写，每次都将器具再度改良，使观测更精确，并测试他的想法。整体而言，他这些书信成了探索显微世界的最佳指引，且数十年间仍维持着同样的地位。
列文虎克并不尊崇当代的其他理论，他发现那些都无法跟他亲眼所见的相提并论。他的观测之精准，与其技术之精湛相辅相成。比方说，他解剖并研究了跳蚤的睾丸，这些“小动物”的形式与功能之完美使他深感敬畏，因而对自亚里士多德以来便广为人接受的理论嗤之以鼻。该理论认为，所谓的低等有机体能够由无生命物质自动形成——比方说，大麦加上破布可以生出一窝老鼠。“不论是跳蚤或虱子，都不可能从一小撮土里冒出来，就像堆肥坑里生不出马儿一样的道理。”他写道。
然而，直到数十年后，某些情况下甚至要到数百年后，科学界才开始接纳并体现列文虎克的发现。列文虎克曾在某个老人的烂牙的“脏东西”里，看到“数量惊人的活微生物”；在某次腹泻后，他在自己的粪便中发现了螺旋原虫；然而一直到一个半世纪后，巴斯德和科赫才发现细菌在疾病中的角色。列文虎克早就发现，醋能杀死他所发现的大部分微生动物；然而医生却一直到19世纪才开始通过消毒法来救人。列文虎克曾经观察过30种动物的精子，也知道精子必须穿透卵子才能受精；然而直到1814年，还有位顶尖科学家辩称，精虫是一种寄生虫，与繁殖毫无干系。
虽然有些伟大科学家谦虚的自贬之词实在令人难以尽信，但列文虎克的一生实则彰显了他对自己成就的描述：
我的目标唯有真理，我所有的仅是指出某些事物的谬误……如果（有人）能够指出我发现中的错误，我将敬之为功德，因为那将鼓励我迈向更好的精确性。牛顿：引力与光
爱因斯坦所言并不夸大——牛顿确实孤独屹立。伊萨克?牛顿（1642—1727）一人创始了四项革命性的科学发展——数学微积分、对光与颜色的光学研究、三大运动定律以及万有引力。他不仅为人类创造了无与伦比的智慧工具，更向所有人证明，宇宙所受制的普遍性法则，是能够为人类理性发现并利用的。当今最顶尖的天文物理学家芮斯（Martin Rees）曾这样简单说道：“牛顿是上个千年的科学俊杰。”
