他對於在放大透鏡下所展示的顯微世界非常有興趣，觀察的對象非常廣泛，有晶體、礦物、植物、動物、微生物、汙水等等。1674年他開始觀察細菌和原生動物即他所謂的“非常微小的動物”。他還測算了它們的大小。1677年首次描述了昆蟲、狗和人的精子。1684年他準確地描述了紅細胞，證明馬爾皮基推測的毛細血管呈真實存在的。1702年他在細心觀察了輪蟲以後，指出在所有露天積水中都可以找到微生物，因為這些微生物附著在微塵上、飄浮於空中並且隨風轉移。他追蹤觀察了許多低等動物和昆蟲的生活史，證明它們都自卵孵出並
經歷了幼蟲等階段，而不是從沙子、河泥或露水中自然發生的。
他通過友人的介紹和英國皇家學會建立了聯系，自1673～1723年曾將他的發現陸續以通信的方式報告給學會，其中絕大多數都發表在《皇家學會哲學學報》上；由他提供的第壹幅細菌繪圖也在1683年該學報上刊出。他於1680年被選為該學會的會員。
他是第壹個用放大透鏡看到細菌和原生動物的人。盡管他缺少正規的科學訓練，但他對肉眼看不到的微小世界的細致觀察、精確描述和眾多的驚人發現，對18世紀和19世紀初期細菌學和原生動物學研究的發展，起了奠基作用。他根據用簡單顯微鏡所看到的微生物而繪制的圖像，今天看來依然是正確的。
由於基礎知識薄弱，使他所報道的內容僅僅限於觀察到的壹些事實，未能上升為理論。他的顯微鏡制法也由於保密，有些至今還是未解之謎。他制造的透鏡小者只有針頭那樣大。適當的透鏡配合起來最大的放大倍數可達300倍。
他的劃時代的細致觀察，使他舉世聞名。許多名人（包括英國女王、俄國的彼得大帝）都曾訪問過他。
列文虎克
首次發現微生物
“充滿煤煙、灰塵的車廂，是壹個‘活動的監獄’。”“我‘最大的優點’，是 ‘保護指甲幹凈’。”
微生物學的開山祖—列文虎克
1673年有個名叫列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）的荷蘭人用自己制造的顯微鏡觀察到了被他稱為“小動物”的微生物世界。他在給英國皇家學會寫了許多信，介紹他的觀察結果，他發現了桿菌、球菌和原生動物，表明他實實在在看到並記錄了壹類從前沒有人看到過的微小生命。因為這個偉大的發現，他當上了英國皇家學會的會員。所以今天我們把列文虎克看成是微生物學的開山祖。不過，在列文虎克發現微生物後差不多過了200年，人們對微生物的認識還僅僅停留在對它們的形態進行描述上，並不知道原來是這些微小生命的生理活動對人類健康和生產實踐有那樣的重要關系。
列文虎克出生在荷蘭東部壹個名叫德爾福特的小城市，16歲便在壹家布店裏當學徒，後來自己在當地開了家小布店。當時人們經常用放大鏡檢查紡織品的質量，列文虎克從小就迷上了用玻璃磨放大鏡。正好他得到壹個兼做德爾福特市政府管理員的差事，這是壹個很清閑的工作，所以他有很多時間用來磨放大鏡，而且放大倍數越來越高。因為放大倍數越高，透鏡就越小，為了用起來方便，他用兩個金屬片夾住透鏡，再在透鏡前面按上壹根帶尖的金屬棒，把要觀察的東西放在尖上觀察，並且用壹個螺旋鈕調節焦距，制成了壹架顯微鏡。連續好多年，列文虎克先後制作了400多架顯微鏡，最高的放大倍數達到200—300倍。用這些顯微鏡，列文虎克觀察過雨水、汙水、血液、辣椒水、腐敗了的物質、酒、黃油、頭發、精液、肌肉和牙垢等許多物質。從列文虎克寫給英國皇家學會的200多封附有圖畫的信裏，人們可以斷定他是全世界第壹個觀察到球形、桿狀和螺旋形的細菌和原生動物，還第壹次描繪了細菌的運動。
列文虎克活到91歲。直到逝世，他除了用自己制作的顯微鏡觀察和描繪觀察結果外，別無愛好。雖然他活著的時候就看到人們承認了他的發現，但要等到100多年以後，當人們在用效率更高的顯微鏡重新觀察列文虎克描述的形形色色的“小動物”，並知道他們會引起人類嚴重疾病和產生許多有用物質時，才真正認識到列文虎克對人類認識世界所作出的偉大貢獻。