牛頓二十三歲時，鼠疫流行於倫敦。劍橋大學爲預防學生受傳染，通告學生休學回家避疫，學校暫時關閉。牛頓回到故鄉林肯郡鄉下。在鄉下度過的休學日子裏，他從沒間斷過學習和研究。萬有引力、微積分、光的分析等發明的基礎工作，都是這個期間完成的。
那時，鄉下的孩子是常常用投石器打幾個轉轉之後，把石拋得很遠。他們還可以把一桶牛奶用力從頭上轉過，而牛奶不掉下來。
這些事實使他懷疑起來：“什麼力量使投石器裏面的石頭，以及水桶裏的牛奶不掉下來呢？對於這個問題，他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他從浩瀚的宇宙太空，周行不息的行星，廣寒的月球，直至龐大的地球，進而想到這些龐然大物之間力的相互作用。這時，牛頓一頭扎進”引力“的計算和驗證中了。牛頓計劃用這個原理驗證太陽系各行星的行動規律。他首先推求月球距
地球的距離，由於引用的資料數據不正確，計算的結果錯了。因爲依理推算月球圍繞地球轉，每分鐘的向心加速度應是十六英尺，但據推算僅得十三點九英尺。在失敗的困境中，牛頓毫不灰心和氣餒，反而以更大的努力進行辛勤地研究。整整經過了七個春秋寒暑，到三十歲時終於把舉世聞名的”萬有引力定律“全面證明出來，奠定了理論天文學、天體力學的基礎。
這時期牛頓還對光學進行了研究，發現了顏色的根源。一次，他在用自制望遠鏡觀察天體時，無論怎樣調整鏡片，視點總是不清楚。他想，這可能與光線的折光有關。接着就實驗起來。他在暗室的窗戶上留一個小圓孔用來透光，在室內窗孔後放一個三棱鏡，在三棱鏡後掛好白屏接受通過三棱鏡折進的光。結果，大出意外，牛頓驚異地看到，白屏上所接受的折光呈橢圓形，兩端
現出多彩的顏色來。對這個奇異的現象，牛頓進行了深入的思考。得知光受折射後，太陽的白光散爲紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。因此，白光（陽光）是由紅、橙、黃、綠、藍、 靛、紫七色光線匯合而成。自然界雨後天晴，陽光經過天空中餘圍的雨滴的折射、反射，形成五彩繽紛的虹霓，正是這個道理。
經過進一步研究，牛頓指出世界萬物所以有顏色，並非其自身有顏色。太陽普照萬物，各物體只吸收它所接受的顏色，而將它所不能接受的顏色反射出來。這反射出來的顏色就是人們見到的各種物體的顏色。這一學說準確地道出顏色的根源，世界上自古以來所出現的各種顏色學說都被它所推翻。
1666年的秋天,在英國北部林肯郡一個名叫烏爾斯索普的村莊裏,發生了這樣一件"小事":一天傍晚,學習了一天的牛頓感到有些疲倦,他想休息一下,於是,信步來到自家的蘋果園裏,坐在一棵蘋果樹下,欣賞着滿園的果實.面對這美妙和諧的大自然,牛頓總是隱隱約約地感到,在神祕的自然界後面,一定有某種規律在支配着它的運動,可是這個規律是什麼呢?蘋果的陣陣幽香,不知不覺又使牛頓沉浸於天體運動之謎的思考之中.。
一個蘋果從恰好樹上落下來。這時候，他忽然想到，爲什麼蘋果總是垂直落向地面呢?爲什麼蘋果不向外側或向上運動，而總是向着地球中心運動呢?無疑地，這是地球向下拉着它，有一個向下的拉力作用在物體上，而且這個向下的拉力總和必須指向地球中心，而不是指向地球的'其他部分。所以蘋果總是垂直下落，或者總是朝向地球的中心。蘋果向着地球，也可看成是地球向着蘋果，物體和物體之間是相互朝着對方運動的。物體之間的作用力必須正比於它們的質量。
這個力，就是我們後來所稱的萬有引力。
1666年，23歲的牛頓還是劍橋大學聖三一學院三年級的學生。
牛頓一直被這樣的問題困惑：是什麼力量驅使月球圍繞地球轉，地球圍繞太陽轉？爲什麼月球不會掉落到地球上？爲什麼地球不會掉落到太陽上？
坐在姐姐的果園裏，牛頓聽到熟悉的聲音，“咚”的一聲，一隻蘋果落到草地上。他急忙轉頭觀察第二隻蘋果落地。第二隻蘋果從外伸的樹枝上落下，在地上反彈了一下，靜靜地躺在草地上。這隻蘋果肯定不是牛頓見到的第一隻落地的蘋果，當然第二隻和第一隻沒有什麼差別。蘋果會落地，而月球卻不會掉落到地球上，蘋果和月亮之間存在什麼不同呢？
第二天早晨，天氣晴朗，牛頓看見小外甥正在玩小球。他手上拴着一條皮筋，皮筋的另一端繫着小球。他先慢慢地搖擺小球，然後越來越快，最後小球就徑直拋出。
牛頓猛地意識到月球和小球的運動極爲相像。兩種力量作用於小球，這兩種力量是向外的推動力和皮筋的拉力。同樣，也有兩種力量作用於月球，即月球運行的推動力和重力的拉力。正是在重力作用下，蘋果纔會落地。
牛頓首次認爲，蘋果落地、雨滴降落和行星沿着軌道圍繞太陽運行都是重力作用的結果。
人們普遍認爲，適用於地球的自然定律與太空中的定律大相徑庭。牛頓的萬有引力定律沉重打擊了這一觀點，它告訴人們，支配自然和宇宙的法則是很簡單的。
牛頓推動了引力定律的發展，指出萬有引力不僅僅是星體的特徵，也是所有物體的特徵。作爲所有最重要的科學定律之一，萬有引力定律及其數學公式已成爲整個物理學的基石。
