從牛頓的背景中，完全無法解釋或看出他會成長為一位徜徉于宇宙原理的學者。據(jù)形容，他父親是個“狂野、奢侈、軟弱的人”，他在牛頓出生前就去世了。牛頓是個早產兒，童年時很早就和母親分離。他母親在他將滿兩歲時改嫁，后來把他交給她的父母撫養(yǎng)。雖然她住的地方只有幾英里遠，但她對這位“冷靜、沉默、深思的男孩”卻一直避而遠之，直到她第二任丈夫在九年后去世為止。有些傳記作者認為，這段分離經(jīng)驗導致牛頓終生的情感問題——童年時的易怒脾氣、對他母親與繼父的憤恨、對評論幾近偏執(zhí)的過度反應，以及兩次全面性的精神崩潰。他那因憤嫉所致的狠毒絕情性格，使得雨果筆下冷面無情的賈維探長（《 悲慘世界 》里緊追主角不放的探長）都成了菩薩心腸。

幸而，有人在這陰郁的年輕人身上看到了別的東西——這些人包括他學校的老師史托克（John Stokes）和他的舅舅艾斯克夫（William Ayscough）。他們說服他母親放棄使他成為農夫的努力，讓他回學校就讀。艾斯克夫畢業(yè)于劍橋的三一學院，他也設法使牛頓進了他的母校。這時牛頓18歲，比班上同學整整大了兩歲，也比別人嚴肅得多。

表面上，牛頓吸收了當時學校所教的許多古典著作與思想觀念，有著長足的進步。雖然哥白尼、開普勒、伽利略和笛卡爾在此之前的150年間都曾有開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，但三一學院卻仍在教授亞里士多德的定性物理和歐幾里得的幾何學。他的數(shù)學教授巴羅（Isaac Barrow）一開始只把他當作一名冷漠的學生，甚至還注意到他尚未徹底精通歐幾里得幾何學。但巴羅和其他人都不知道的是，牛頓早已精通最新的科學發(fā)展，并開始超越他們，向未經(jīng)探索的知性領域推進了。但是年輕的牛頓卻將自己的發(fā)現(xiàn)緊鎖在筆記本里秘而不宣，且終生如此。他寫在第一本筆記本上的座右銘似乎再恰當不過：“真理是我最好的朋友?！?/p>

1664年，瘟疫蔓延到了英國；1665年秋天，劍橋關門大吉。接下來兩年間，牛頓都留在家鄉(xiāng)烏爾索普的小村莊中。在這短暫的隱居期間，牛頓獲得了極深刻的發(fā)現(xiàn)，學者因而稱之為“神奇的年代”。在早期，他發(fā)展出二項式定理，一種以無限項級數(shù)總和來計算代數(shù)算式的方法。幾個月后，他發(fā)現(xiàn)了自己的“正切方式”，這是邁向微積分的關鍵步驟。在當時，微積分是一種新數(shù)學，它使數(shù)學家首度能夠處理持續(xù)改變的量。六個月后，牛頓發(fā)展出“處理流數(shù)（fluxion）的直接方式”，如今我們稱之為微分學。

牛頓對于光與顏色也很感興趣。在一連串精彩的棱鏡實驗中，他首度證明白光是由許多不同顏色的光束混合而成的。接著便是引力。牛頓后來寫道：“同年，我開始思考延伸到月球軌道的引力……并且比較使月球維持軌道的力量，以及地表的引力?！?/p>

盡管其聰慧毋庸置疑，但這些想法并不是從天外掉進他腦袋里的。牛頓后來“解釋”他是如何獲得這些洞見的：“我一直不斷地進入思考，總是把這些主題擺在我面前，然后靜靜等待，直到第一線曙光出現(xiàn)，然后一點一點地轉為明亮的白日?！彼嬖V早期一位傳記作家，其中有一絲曙光發(fā)生在他見到一個蘋果落地時。這個故事的真假很難斷定，但很顯然，唯有牛頓的眼光，才能看出蘋果的掉落和月球的運轉是由同一原理主宰；也唯有他的心智，才能將這點洞察放大成為萬有引力定律。

牛頓花了20年時間，才將所有元素羅織成他的終生杰作：《自然哲學的數(shù)學原理》（Mathematical Principles of Natural Philosophy）。在他的朋友——天文學家哈雷（Edmond Halley）的堅定敦促下，本書終于在1687年問世。在本書中，牛頓集結了自古希臘以來諸多分散而矛盾的觀測及理論，一起放進他的理智之爐中精煉細磨，最后鑄成一道完美無瑕的智識爐水。他將爐渣精確地剔除，例如易混淆的磁力和引力、圓周慣性（circular inertia）、伽利略關于潮汐的理論、開普勒關于力的循環(huán)理論，以及笛卡爾的漩渦。最后，只留下純金。