Второй тезис Карнеадеса был более спекулятивен и более опасен с теологической точки зрения. Бойль был уверен, что настоящими составными частями любого тела или вещества являются мельчайшие частицы – атомы, которые «…различаются только размером, формой, текстурой и характером движения…». Идеи атомизма были предложены в античности Левкиппом и Демокритом и позже развиты Эпикуром, но поскольку эпикурейский атомизм отрицал существование божественных и сверхъестественных сил, обвинение в атомистской ереси было очень опасно и, как правило, ничего хорошего обвиненному не предвещало (в одно время даже существовала версия, правда ничем не подтвержденная, что знакомый с Галилеем Папа Урбан сделал так, чтобы Галилея обвинили только в коперникианстве, но не в эпикурейском атомизме, иначе Галилей вполне мог повторить судьбу Джордано Бруно).
Тем не менее, в середине семнадцатого века классические труды античных атомистов были переведены, напечатаны и уже служили поводом для обсуждения учёными мужами своего времени, например, французским астрономом Пьером Гассиенди, правда клирики всех христианских конфессий всё ещё относились к атомизму враждебно. Тем не менее, набожный (хотя временами и мысливший неортодоксально) Бойль, который финансировал перевод Евангелий на многие языки, в том числе турецкий и гаэльский (язык коренных обитателей Ирландии), не видел причины того, почему Всемогущий Господь не мог бы создать Вселенную, состоящую из атомов, предполагая, как в своё время Демокрит, Левкипп, Эпикур и Вергилий, что атомы соединяются друг с другом пазами и выступами, крючочками и петельками – примерно так, как сейчас мы можем собирать замки и космические корабли из модулей конструктора Lego. Сейчас в нашем атомном (и субатомном) «конструкторе Lego» больше модулей, чем виделось Бойлю, но следует отметить, что корни наших современных представлений о строении Вселенной лежат в работах Роберта Бойля.
Бесспорно, что Бойля стоит помнить не только как теоретика, работы которого в Возрождение вернули концепцию атомизма в естественные науки. Глубокое понимание Бойлем химии было в большей степени следствием его экспериментального мастерства, чем результатом чтения трудов мыслителей древности и расшифровки гильдейских рецептов красильщиков, гончаров и металлургов. Бойль имел привычку повторять свои эксперименты до тех пор, пока не добивался идеального воспроизведения результатов, в своих работах он равно честно и подробно описывал успехи и провалы своих опытов. В отличие от современных ему алхимиков и ятрохимиков Бойль начал вести предназначенные для публики описания экспериментов простым и недвусмысленным языком, что в настоящее время, строго говоря, является обязательным