到了劍橋三一學院後，牛頓在學習方麵感受到了壓力，他感到自己與來自全國各地的其他優秀青年相比有著很大的差距，並且是他在一段時間裏都無法彌補上的差距。
在進入三一學院後，牛頓選修了數學專業。在數學方麵，牛頓與其他人相比差距更大。他在中學時主要學習的課程是拉丁文語法，關於數學講得少之又少，幾乎沒有講授。雖然他自己曾經看過一些有關數學的文章，但由於不係統，在腦中並沒有成型的係統的概念性的東西。
牛頓進入三一學院後，與其他的所有本科生一樣，一位叫本傑明·普林的名不見經傳的希臘語教師成了他的指導老師和代理家長。普林在數學方麵最多隻能給牛頓一些鼓勵，就算有些幫助也是微乎其微的。
沒有任何記載說明牛頓在數學方麵接受過其他人的指導，因此，就像牛頓自學其他許多知識一樣他也自學了數學。
牛頓自小便有超強的自學能力，他在中學階段曾經有一段時光非常厭惡上學，因為他覺得上學有些浪費時間，有些時候還學不到想學的東西，老師手中的教鞭讓他一見就感到心寒，因而他把學習的重點放到了在家中的自學。也許就是這段經曆，使他發現了自己的特長，並且自信自己能夠通過自學來完成預定的學習內容。
牛頓並沒有脫離興趣去研究數學，他是按照自己喜歡的方式循序漸進地不斷進取的。據法國數學家、牛頓未來社交圈中的一員亞伯拉罕·德·莫伊維說，當牛頓剛進入三一學院不久念本科生時，他去斯特布裏奇集市，出於好奇買了一本占星術的書，他讀到解釋天體的部分。由於缺少三角學的知識，他又買了一本三角學方麵的書，但他不能完全讀懂其中的內容。這樣他不得不找到古代幾何學家歐幾裏得的作品，但又覺得太簡單了，不過他很快就明白了自己低估了歐幾裏得的證明，於是又看了第二遍。
據說牛頓後來又看了威廉·奧特雷德的論文《數學秘訣》和笛卡兒富有啟發性的解析幾何著作《方法談》。牛頓發現這些著作非常難懂，必須逐步掌握，並反複把這些著作看了多遍，形成了自己的數學理論體係。在入學三年後，牛頓的數學理論已經達到了很高深的程度，是任何同入校的學生所無法企及的。
勤奮好學出了名的牛頓，除自學了數學知識外，也同樣沉浸在古典文學的海洋裏。柏拉圖和亞裏士多德的著作都是他閱讀的對象，他還曾研究過修辭學、倫理學、邏輯學、曆史學等許多學科。
現在在紀念牛頓的曆史紀念館中，還留著牛頓關於這些閱讀的讀書筆記，在筆記本的封皮上清晰地寫著：“艾薩克·牛頓，三一學院，劍橋，1661年。”
來到劍橋大學三一學院有一段時日的牛頓，每周在固定的時間內去拜訪巴羅教授。在途中，牛頓想起了剛來劍橋時初遇巴羅教授時的尷尬情景。
那是牛頓到劍橋的第一天，手中拿著舅舅艾斯考夫寫給巴羅的信箋，他剛走進劍橋三一學院的院門，迎麵撞上一位身材魁梧的紅袍紳士。牛頓吃了一驚，不知如何是好。
“你是新生？”紅袍紳士問，其實他就是巴羅教授。
牛頓拘謹地回答：“是的。”
“是艾薩克·牛頓先生嗎？”
“是的……”
巴羅教授溫和地笑著，大方地伸出手：“真巧，我是艾薩克·巴羅。”
“啊，您好。”牛頓帶著滿口鄉音回答道，接著把手中的信遞給了巴羅教授。
“我已接到了艾斯考夫的信，在信中他已詳細地介紹了你，否則我不會認出你。”