Robin est connu comme le pédagogue qui a développé les principes de l’éducation intégrale ; il mit ces théories en pratique à l'Orphelinat de Cempuis de 1880 à 1894.
Pour Robin, l'éducation ne se limite pas à l'apprentissage d'un métier : « Tout enfant a droit de devenir en même temps un travailleur des bras et un travailleur de la tête ». Il faut d'abord une école commune et intégrale et ensuite seulement, une spécialisation en fonction du projet professionnel de chacun.
Robin fréquenta les milieux socialistes. Il rencontra Marx, Bakounine et fit partie de l'Association internationale des travailleurs (AIT). Toutefois, ses liens intellectuels et son amitié personnelle avec Bakounine le firent expulser de l'AIT par Marx dès 1871. Toute sa vie, Robin resta fidèle à son amitié pour Bakounine et professa une réelle sympathie pour les idées anarchistes. Anti-autoritariste, il était véritablement internationaliste et croyait à l'amitié entre les peuples. On prit prétexte de son "antipatriotisme" pour le révoquer en 1894 de l'orphelinat de Cempuis, prétendant qu'il y avait danger à laisser Robin « répandre des idées subversives au point de vue social et négatives au point de vue de la défense du pays ».
Sur le plan pédagogique, l'éducation intégrale est pour Robin un engagement politique. Il faut réorganiser le travail. En utilisant le progrès technique, on peut augmenter le temps de loisir de chacun. L'ouvrier, grâce au savoir et à l'accès à la culture désintéressée, pourra transformer son état. Sa condition deviendra intégralement humaine.
L'éducation est donc un moyen pour hâter la révolution.
Son œuvre pédagogique témoigne d'un véritable engagement féministe, même si les milieux féministes ont tardé à le reconnaître comme un des leurs. L'éducation intégrale s'adresse aux garçons et aux filles sur un pied d'égalité, leur dispense le même enseignement et les éduque ensemble. Les filles ne sont plus instruites dans l'optique de leur future fonction sociale, à la différence de prédécesseurs comme Rousseau.
Robin est aussi engagé dans l'action féministe. Le néo-malthusianisme est une arme au service de l'émancipation des femmes, auxquelles Robin souhaite voir reconnaître le statut de chefs de famille. Il fait des conférences, distribue des tracts pour faire connaître « les moyens efficaces et non douloureux [que fournit la science] pour ne mettre d'enfants au monde que quand elles le veulent ». Il crée une « ligue anti-esclavagiste pour l'affranchissement des filles », un syndicat de prostituées et une agence pour union libre, entre autres.
Il a aussi introduit en France la pensée néo-malthusienne venue de Grande-Bretagne, où il a séjourné quelques années. Cette théorie est issue du vieux malthusianisme qui met en rapport l'augmentation rapide de la population mondiale à la fin du XVIIIe siècle, avec l'accroissement insuffisant des ressources. Toutefois, pour Robin, elle ne doit pas se confondre avec une morale austère anti-nataliste, obstacle au plaisir et à l'amour, comme le vieux malthusianisme. Robin prône l'utilisation des moyens de contraception modernes et des innovations pédagogiques visant à mieux élever les enfants. L'objectif du néo-malthusianisme est une véritable régénération humaine par le contrôle des naissances et les pédagogies innovantes, notamment libertaires.