牛頓23歲時，鼠疫流行於倫敦。劍橋大學為預防學生受傳染，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麵的石頭，以及水桶裏的牛奶不掉下來呢？對於這個問題，他曾想到開普勒和伽利略的思想。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，牛頓一頭紮進“引力”的計算和驗證中了。牛頓計劃用這個原理驗證太陽係各行星的行動規律。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。因為依理推算月球圍繞地球轉，每分鍾的向心加速度應是16英尺，但據推算僅得13.9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30歲時終於把舉世聞名的“萬有引力定律”全麵證明出來，奠定了理論天文學、天體力學的基矗牛頓所以能取得如此巨大的成就，早年苦學所打下的深厚數學基礎起了重要作用。當牛頓費盡心血算出“萬有引力定律”後，沒有急於發表。而是繼續孜孜不倦地深思了數年，研究了數年，埋頭於數字計算之中，從未對任何人講過一句。後來，牛頓的朋友，大天文學家哈雷（彗星的發現者），在證明一個關於行星軌道的規律遇到困難時，專程登門請教牛頓。牛頓把自己關於計算“萬有引力”的書稿交給哈雷看。哈雷看後才知道他所要請教的問題，正是牛頓早已解決、早已算好了的問題，心裏欽羨不已。
在1684年11月某一天，哈雷又到牛頓的寓所拜訪。當談到有關天文學的學術問題時，牛頓拿出寫好的關於論證“萬有引力”的論文，請哈雷提意見。哈雷看後，對這一巨著感到非常驚訝。他欣喜地對牛頓說：“這真是偉大的論證、偉大的著作！”他再三奉勸牛頓盡快發表這部偉大著作，以造福於人類。可是牛頓沒有聽信朋友的好意勸告，輕易地發表自己的著作。而是經過長時間的一絲不苟的反複驗證和計算，確認正確無誤後，才於1687年7月將《自然哲學的數學原理》發表於世。
牛頓是個十分謙虛的人，從不自高自大。曾經有人問牛頓：“你獲得成功的秘訣是什麼？”牛頓回答說：“假如我有一點微小成就的話，沒有其他秘訣，唯有勤奮而已。”他又說：“假如我看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上。”這些話多麼意味深長啊！它生動地道出牛頓獲得巨大成就的奧妙所在，這就是在前人研究成果的基礎上，以獻身的精神，勤奮地創造，開辟出科學的新天地。