牛頓在天文學方麵也頗有造詣。他自己製作了反射式望遠鏡，為天文學的發展做出了貢獻。反射式望遠鏡的製造成功，是天文學史上的一個裏程碑。自伽利略發明第一架天文望遠鏡以來，人們對於宇宙的認識範圍迅速擴展，但是當時流行的伽利略、開普勒等人發明和製造的折射望遠鏡，口徑有限，製造大型望遠鏡不但困難，而且太龐大，同時折射望遠鏡的折射色差和球差都很大，這些大大限製了天文觀測的範圍。牛頓了解白光的組成，因而於1668年設計製成了第一架反射式望遠鏡。這種望遠鏡能反射較廣光譜範圍的光而無色差，容易獲得較大的口徑，同時對球差也有校正。這樣牛頓為現代大型天文望遠鏡的製造奠定了基礎。牛頓還對行星的運動規律進行了全麵考察，為天文學做出了另一不朽的貢獻。特別是對開普勒等人的學說進行過係統的研究。1686年他在給哈雷的信中說明了天體可以按照質點處理並證明了開普勒的行星運動的橢圓形軌道以及彗星的拋物線軌道。牛頓不斷完善自己的理論，認為行星都由於自轉而使兩極扁平赤道突出，還預言地球也是這樣的球體。由於地球不是正球體，牛頓就指出，太陽和月球的引力攝動將不會通過地球中心，因此地軸將做一緩慢的圓錐運動，這便出現了二分點的歲差現象。對於潮汐現象，牛頓也做出了解釋，他認為這是太陽和月球引力造成的。
牛頓的唯物主義哲學思想還處於自發階段。他承認時間、空間的客觀存在，但卻把它們看成是與運動著的物質相脫離的。他所提出的形而上學的絕對時空觀，雖然在解決宏觀低速下運動物體的運動規律時能很好的適用，但在離開宏觀低速的條件時，便無能為力了。
牛頓在數學方麵的成就也是很突出的。他發現了二項式定理，據他本人回憶，他是在1664年和1665年間的冬天，在研讀沃利斯博士的《無窮算術》時，試圖修改他的求圓麵積的級數時發現這一定理的。
笛卡兒的解析幾何把描述運動的函數關係和幾何曲線相對應。牛頓在老師巴羅的指導下，在鑽研笛卡兒的解析幾何的基礎上，找到了新的方法。可以把任意時刻的速度看成在微小的時間範圍裏的速度的平均值，這就是一個微小的路程和時間間隔的比值，當這個微小的時間間隔縮小到無窮小的時候，就是這一點的準確值。這就是微分的概念。求微分相當於求時間和路程關係的在某點的切線斜率。一個變速的運動物體在一定時間範圍裏走過的路程，可以看作是在微小時間間隔裏所走路程的和，這就是積分的概念。求積分相當於求時間和速度關係的曲線下麵的麵積。牛頓從這些基本概念出發，建立了微積分。微積分的創立是牛頓最卓越的數學成就。牛頓為解決運動問題，才創立這種和物理概念直接聯係的數學理論的，牛頓稱之為“流數術”。它所處理的一些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題以及函數的極大和極小值問題等，在牛頓前已經得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對以往分散的努力加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統一為兩類普通的算法——微分和積分，並確立了這兩類運算的互逆關係，從而完成了微積分發明中最關鍵的一步，為近代科學發展提供了最有效的工具，開辟了數學上的一個新紀元。牛頓沒有及時發表微積分的研究成果，他研究微積分可能較早一些，但是萊布尼茲所采取的表達形式更加合理，而且關於微積分的著作出版時間也比牛頓早。牛頓和萊布尼茲，為爭論誰是這門學科的創立者的時候，竟然引起了一場悍然大波，這種爭吵在各自的學生、支持者和數學家中持續了相當長的一段時間，造成了歐洲大陸的數學家和英國數學家的長期對立。
英國數學在一個時期裏閉關鎖國，拘泥在牛頓的“流數術”中停步不前，因而數學發展整整落後了100年。應該說，一門科學的創立絕不是某一個人的業績，它必定是經過多少人的努力後，在積累了大量成果的基礎上，最後由某個人或幾個人總結完成的。微積分也是這樣，是牛頓和萊布尼茲在前人的基礎上各自獨立建立起來的。
1707年，牛頓將代數講義經整理後出版，名為《普遍算術》。他主要討論了代數基礎及其（通過解方程）在解決各類問題中的應用。書中陳述了代數基本概念與基本運算，用大量實例說明了如何將各類問題化為代數方程，同時對方程的根及其性質進行了深入探討，引出了方程論方麵的豐碩成果，如他得出了方程的根與其判別式之間的關係，指出可以利用方程係數確定方程根之冪的和數，即“牛頓冪和公式”。
牛頓在解析幾何與綜合幾何方麵都做出了突出貢獻。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓（或稱曲線圓）概念，提出曲率公式及計算曲線的曲率方法。並將自己的許多研究成果總結成專論《三次曲線枚舉》，於1704年發表。此外，他的數學工作還涉及數值分析、概率論和初等數論等眾多領域。
牛頓在力學方麵的成就是最突出的，是經典力學理論的開拓者。他係統的總結了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓運動三定律。