1686年7月5日出版的《自然哲学的数学原理》是牛顿最重要的科学著作，也是经典力学的第一部划时代著作。它给出了近代科学诞生以来第一个完整的宇宙论和科学理论体系。
《自然哲学的数学原理》是牛顿经过20年的思考、实验、大量的天文观测和无数次演算的结晶，它从最基本的定义和公理出发，是一种标准的公理化体系。在序言中，牛顿制定了一个用力学解释所有物理现象的纲领。《自然哲学的数学原理》由一个序言和两大部分组成：第一部分包括定义、注释和运动的基本定理和定律，定义有质量、动量、外力等；在注释中，牛顿赋予了时间、空间、运动以绝对意义。第二部分共分三篇，第一篇运用前面确立的基本定律研究引力定律。第二篇讨论物体在介质中的运动力。第三篇冠以总题目“论宇宙体系”，是牛顿力学在天文中的具体应用，其中讨论了海潮、岁差和宇宙系统等问题，同时给出了“哲学中的推理规则”。
该书出版后，震动了整个英国和欧洲学界。哈雷彗星的如期出现，岁差现象的合理解释，G值的测定，无可辩驳地验证了万有引力定律的正确性。
牛顿在《自然哲学的数学原理》中讨论的问题及其处理问题的方法，至今仍是大学数理专业中讲授的内容。其影响所及遍布自然科学的所有领域，无论从科学史还是从整个人类文明史上来看，迄今为止，还没有第二个重要的科学或其他学术理论取得如此之大的成就和影响。