Leeuwenhoek bakteriyi ilk keşfeden ve kendi oluşturduğu mikroskobu ile mikroskobik canlıları ilk olarak inceleyen bilim adamıdır. Gözlükleri büyüteç gibi kullanarak kumaşları incelemeye başlamış bu mikro canlıların varlıklarının farkına varınca da başka büyüteçler üretmiş ve nihayet bir mikroskop icat edip canlıları yakından görebilme imkânına sahip olmuştur.[4][5] Yaşamı boyunca ürettiği mikroskop merceklerinin sayısı 550'dir.
Her biri ile yeni bir inceleme yapmıştır. Leeuwenhoek aynı zamanda kan hücreleri üzerinde de araştırmalar yapmıştır. Kılcal damarları inceleyerek kan hücrelerinin geçişini gözlemlemiştir. Leeuwenhoek'den önce hiç kimse kasların liflerden oluştuğunun farkında değildir.
Mikroskobunun altında liflerin her birini gözlemlemiş ve incelemelerde bulunmuştur. Hayvanlar ve bitkilerde beslenme sistemi üreme ve bitkilerde besin transferi gibi konularda da pek çok çalışması olmuştur. Bitkilerin birbirinden farklı bölümleri araştırmasının en önemli parçalarındandır.
Bitkinin kökü gövdesi ve yapraklarının üç boyutlu çizimlerini yapmış ve yapılarının detaylarını ilk ortaya çıkaran bilim adamıdır.