牛頓的這篇新的關於光和顏色的論文探討了光的本性，提出了微粒說，無疑這是光學研究中的重要貢獻。
光的微粒說作為近代的一種科學上的光組成理論，與光的波動說並立，對後來光學和輻射的研究產生了重要影響。牛頓是近代學的微粒說的提出者，並在著名的波粒說爭論史上一度居於統治地位。
微粒說是牛頓在17世紀時發表的，他對光的本性是這樣認為的：光是由一顆顆像小彈丸一樣的機械微粒所組成的粒子流，發光物體接連不斷地向周圍空間發射高速直線飛行的光粒子流，一旦這些光粒子進入人的眼睛，衝擊視網膜，就引起了視覺，這就是光的微粒說。
牛頓對光微粒說的進一步研究發生在光學講課過程中。在1670年4月的光學講義中，他第一次提出不同顏色粉末的混合實驗，不但用這種實驗證明他的顏色理論，而且清楚地印證了他的微粒說。他說：
“最後，通常觀察到不同顏色的粉末混在一起時，一種新的顏色就出現了。而且，如果用顯微鏡考察這些粉末，可看到全都是具有它們自己的顏色。因此，它們自己的顏色並未因這些粉末的混合而破壞，而卻是因為混合才有一種新的顏色產生出來。很清楚，同一種顏色是從幾個三棱鏡引起的顏色及幾種粉末的顏色的混合所產生的。”
牛頓將光通過三棱鏡折射後的混合色和粉末混合產生的顏色對比，說明光的組成和複合色由基色的混合所形成的道理。
他在向皇家學會報告的第一篇光學論文中，批駁了笛卡兒的光理論。他說如果光是由小球體組成並穿過以太，必然受到阻力，使其徑跡彎曲，但實驗中未發現其徑跡有曲度，因此，他逐漸排除這些猜測，著手做窗上開小孔的光學實驗。這篇論文沒有明確談他的微粒說，但包含著這樣的思想，以致引起胡克的批評。
但是，牛頓在1672年6月11日給奧爾登伯格的信中，談到胡克說他認為光是一個物體並將它說成是他的假設時，表示“我曾經寧願把它們看作光粒子的各種運動形式中大小在大腦中激發的感覺模式，它是光粒子對感覺器官造成的各種機械的影像，像我在說光的形體的地方所表示的”，“但是，假定我提出了這個假設，我不了解胡克先生為什麼竟這樣竭力反對它”。
牛頓這段話是針對胡克指責他發表的第一篇光學論文中的命題所說的，牛頓認為光是實體的思想與他的光粒子說是符合的。但是，在他的光和顏色理論受到胡克和惠更斯等人的批評後，他開始向以太說妥協，並一度由粒子和以太波的變化相結合的方法說明光和顏色。
牛頓在1665～1666年間發現顏色與光線折射的關係，他根據折射定律認識到光經過透鏡分成多種折射的不同顏色光線，則透鏡成像必然產生色散像差，使折射式望遠鏡的清晰度減弱。
牛頓用微粒說輕而易舉地解釋了光的直進、反射和折射現象。由於微粒說通俗易懂，又能解釋常見的一些光學現象，所以很快獲得了人們的承認和支持。
牛頓由於了解了白光的組成，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。此外，牛頓還考察了光線通過冰洲石的雙折射現象。
牛頓把對光學的研究理論整理成《光學》一書。《光學》的出版，使牛頓成為科學界的頭等人物。