牛頓對這個實驗結果非常感興趣，他仔細分析了實驗現象，他想，光譜的形成到底是什麼原因呢？當時，人們對光譜的解釋多種多樣，在眾多的解釋中最權威的是：從太陽表麵不同點發出的光進入棱鏡時的角度各不相同，這造成了三棱鏡對這些光線折射的不同，結果就形成不同的顏色。年輕的科學家牛頓並不迷信權威的說法，他說，如果造成光譜是由於光在入射時的角度不同，導致棱鏡對它的折射不同，那麼，各種色光從狹縫入射到第二個棱鏡時的入
射角也不同，理應由於折射的不同再造成一次色散而形成新的光譜。實驗結果卻對這種推論“宣判”了死刑。究竟怎樣來解釋太陽光（白光）通過三棱鏡後形成的光譜現象呢？
經過一段時間的思考，牛頓提出了這樣的解釋：白光是由折射能力各不相同的色光混合而成的，當白光透過棱鏡時，由於各種色光的折射能力不同，於是“各奔東西”，造成了這些色光彼此遠離而形成一條七色彩帶。對於其中的一種色光來講，由於它已經是單一成分了，即使再通過棱鏡也不會造成色散，而“依然保持本色”，隻不過在第二次透過棱鏡後，折射將更厲害一些罷了。
判決了舊理論的死刑，又怎樣來證實新理論的新生呢？為此，牛頓又做了一個“支持性實驗”。他在上述實驗裝置上作了一些變動：撤走了第二個棱鏡和屏幕，在屏幕位置上放了一隻很大的凸透鏡，牛頓讓經過第一個棱鏡色散後的光譜投射到凸透鏡上，結果，所有7種顏色的光經過凸透鏡後就會聚成一束白光了！由此，它直觀地顯示出，白光是由這些色光混合而成的。
“白光是由各種色光混合而成的”，這是一個重大的發現。牛頓的實驗與結論使人們對顏色的認識的主觀成分大大地減少了。他還成功地解釋了虹的成因。牛頓認為，在天空中一邊有陽光照射，另一邊烏雲密布的時候，彩虹就將出現。這是因為彩虹的顏色實際上是被雲中或下落的細小水滴所反射的陽光的分解。陽光照射在水滴上，進入水滴發生折射，接著在水滴的另一麵發生全反射後，再從前表麵折射出來，結果不同色光在離開水滴後就呈扇形散開。因此，地麵上的觀察者若是背向太陽，就會看到弧狀的彩虹。
牛頓環的發現
眼是人的五大感官之一。人類通過視覺觀察和認識自然界比用其他感官更直接，更富有色彩。光學儀器的產生，使人類的視野更加擴展，它幫助人們克服視覺器官的局限性，大大豐富了感性認識的內容，在廣度和深度上大大地增強了人類的認識能力，使感性認識更加精細。
就在研究顏色理論的過程中，牛頓對改進折射望遠鏡發生了興趣。在牛頓所處的時代，最好的折射望遠鏡可以目測到土星的神秘形狀的變化，但是望遠鏡的色差嚴重影響著觀測的精確性。所謂色差是指星球發出的白光經過望遠鏡時，由於組成白光的各種色光的折射率不同，結果造成星球的像的模糊，在像的邊緣總有一圈顏色。在牛頓之前的許多科學家，都絞盡腦汁想辦法去掉這討厭的色差，但由於缺乏理論根據，最後誰也沒有成功。在牛頓提出了白光形成的新理論後，他自己馬上把這一理論運用到改進望遠鏡上。他經過多次實驗研究，從光的反射與光的顏色無關出發，於1668年製成了反射式望遠鏡，這台望遠鏡是一個大口徑的旋轉拋物麵反射鏡，它將天體成的像作為平麵反射鏡的虛構物，平麵反射鏡成的實像再經短焦距的目鏡放大，供人觀察。
反射式望遠鏡有效地避免了色差，成像清晰，又由於它的物鏡口徑較大，所以它的分辨本領較高，可以進一步看清天體的形態，用這種望遠鏡也可觀察到了木星的衛星和金星蝕等。
1671年，牛頓又製成了一台更大型的反射望遠鏡，他把這台花費了很多心血的望遠鏡獻給了英國皇家學會，得到了極高的評價。