牛頓也研究了光通過冰洲石晶體時所產生的雙折射現象，但是，他又誤認為這是反對光的波動說的一個證據。
（四）關於光的本性
在研究光的各種現象的基礎上，人們進而思考光的本性究竟是什麼？對這個問題有不同的看法，因而形成不同的學派，但總的說來不外乎是微粒說和波動說兩種。牛頓的看法傾向於微粒說，而胡克、惠更斯則主張光的波動說。笛卡爾的觀點介於二者之間，所以有人說他是波動說，有人說他是微粒說。他在牛頓之前就提出了光是微粒的解釋。牛頓早期曾傾向於波動說，後來采用了微粒說。他根據光的直線傳播的性質，提出光是微粒流的看法。他說：“光線是否是發光物質發射出來的很小的物體？因為這樣一些物體能直線穿過均勻媒質而不會彎到影子區域裏去，這正是光線的本性。”牛頓認為，這些微粒從光源飛出來，在真空和均勻媒質內由於慣性而做勻速直線運動。他還以此觀點較好地解釋了光的反射和折射現象。
但是，牛頓的光學理論絕不是簡單的微粒說，他不是根本不承認光的波動性。他在采用了微粒說時，仍保留著波動說的一些觀點，並試圖把二者統一起來。他在談到光可能有微粒結構時，同時又認為以太振動的概念是必要的。例如他說：“如果我們假設，光束是由發光物體向四麵八方拋出的許多小微粒所組成，則這些微粒投射到折射和反射的表麵上，就像往水裏投以石頭一樣，同樣不可避免地在以太中激起振動。”他還說：“不同寬度的不同振動是否會產生不同種類的光，從振動寬度上看，這些振動激起不同顏色的光，幾乎就像空氣振動時因其寬度不同而引起不同的聲音感覺一樣。”這裏所說的振動的不同寬度實際上就是波長。可見牛頓並未把微粒說和波動說絕對化。而牛頓的一些擁護者們在18世紀裏並沒有理解牛頓的深刻思想，把微粒說絕對化了，在相當長曆史時期內阻礙了波動說的發展。
比牛頓年長13歲的荷蘭物理學家惠更斯，是17世紀波動說的集大成者。他認為，發光體的每一部分都發出一個球麵波，這些球麵波同步地向四周傳播，這些球麵波的前端所連成的包絡線形成一個大的球麵波，就是光的波前。光的傳播方向與球麵波垂直，因而光是直線傳播。在光傳播過程中，波前上的每一點，都可以看成是一個新的波或子波的波源。新的波前位置就是這些小子波的包絡線，這些子波是從原先波前上所有的點發出的。惠更斯說。光的一切特性以及屬於光的反射和折射的一切問題，都能用這種辦法從原則上加以說明。但是，惠更斯的波動說是不夠完善的，它把光波看成是一種縱波，在解釋偏振現象時遇到困難。因為事實上光的傳播不是縱波，而是橫波。也就是說，介質的振動不是像惠更斯所設想的那樣，發生在傳播方向上，而是發生在垂直於它的方向上。
牛頓主張微粒說，懷疑和反對惠更斯的波動說，但是牛頓並不是頑固地堅持他的微粒說是惟一正確的解釋。據說當牛頓年邁的時候，有位朋友告訴他說觀察到有些天文現象與牛頓的理論有矛盾，牛頓回答說：“這很有可能，事實和實驗是不容爭辯的。”