牛顿于1687年所发表的《自然哲学的数学原理》这一巨著，是他科学工作的巅峰之作，也是人类科学史上最重要的经典著作之一。这部经典著作共有三卷。第一卷首先定义什么是惯性、动量、力，然后陈述三个运动定律——即通常所说的牛顿运动定律。接着牛顿讨论了一些微积分定理，但是以古典的几何方式加上极限的概念所表现的。介绍了新的数学工具后，牛顿就开始讨论平方反比向心力与开普勒运动定律之间的互导、椭圆与椭圆运动的性质、各种摆线的几何性质、两物体间因引力而发生的运动、球体对质点的引力及三体运动等等。第二卷所讨论的是阻力之下的运动，这是流体力学的开端。第三卷则是把第一卷的数学结果运用到自然现象上。运用这种理论方法，牛顿得到许许多多的结果。这些结果可以解释许多自然现象，譬如潮汐、月球的不规则运动、岁差等等；有些则预测一些未来的现象，譬如人造卫星等。