Hales studerte funksjonen som luft og vann hadde i vedlikeholdet av både plante- og dyreliv i naturen. Han førte nøyaktig regnskap over bevegelser av vann i planter, og påviste at planter absorberer luft. Hales oppdaget også farene ved å puste gammel luft, og han oppfant en ventilator som bedret overlevelse for ansatte ombord på skip, i sykehus og i fengsler. Han ble tildelt Copleymedaljen i 1739. Hales ble også kreditert for viktige arbeider innenfor pneumatisk kjemi og han står bak prosessen som brukes for å samle gasser som genereres i laboratorieforsøk. Hales viktigste oppfinnelse var et kirurgisk pinsett.