以牛頓和惠更斯為代表的微粒說和波動說進行了長期的爭論。其爭論的焦點之一是對折射現象的解釋得出了不同的結論：微粒說認為，光密介質中的光速大於光疏介質中的光速，假如光從空氣中進入水中，光速會變快。而波動說認為相反，密媒質中的光速小於光疏介質中的光速，假如光從空氣中進入水中，光的傳播速度會變慢。這個爭論有待於測出在不同介質中的光速，才能判決出誰是誰非。但是由於當時實驗條件的限製，雖然用天文觀測的方法已經測定了光速，而在實驗室內仍無法進行。盡管惠更斯關於光的波動說比牛頓的微粒說有著明顯的優點，但是它在長時間內得不到承認，其部分原因是牛頓在同輩人中的威望很高，惠更斯又沒有用足夠的數學嚴密性來發展他的觀點，使它無懈可擊，所以牛頓的微粒說占了上風。關於光的本性的問題擱置了一個世紀，直到1800年，由於英國物理學家托馬斯·楊和法國物理學家菲涅爾的工作，光的波動說又重新活躍起來，並且占了上風。惠更斯與牛頓的終生爭論，終於在他死後，取得了勝利，對波的概念的看法也有很大發展。楊原是一名醫生，他主張波動說，作了有名的光幹涉實驗，根據偏振光現象於1817年提出光是橫波的觀點，糾正了惠更斯以來一直把光波看作是和聲波一樣的縱波這一傳統觀點。菲涅爾是19世紀波動光學的集大成者，他利用楊所提出的光波是橫波的思想，解釋了光的衍射、幹涉和偏振，獨立完成了光的幹涉實驗。他使波動說取得了很大勝利。
對於波動說戰勝微粒說有決定意義的是對光速的測定，有許多人采用多種方法測定光速。其中傅科的測定證明了光在水中的傳播速度小於它在空氣中和真空中的傳播速度，這個結果符合波動說的見解，反駁了微粒說。它決定性地判決了微粒說和波動說的爭論。19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋的電磁場理論進一步揭示了光的波動性質，他預言光就是電磁波。1888年，德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在及其具有的反射、折射、幹涉等性質，證實了麥克斯韋的預言。麥克斯韋的理論揭示了電、磁、光的統一性，實現了人類對自然認識的又一次大的綜合，它標誌著經典物理學的成熟，是牛頓之後物理學發展的又一個裏程碑。
（五）重要著作《光學》
牛頓主要有兩部偉大的科學巨著，一部是《自然哲學的數學原理》，一部就是《光學》。
《光學》於1704年出版，副標題是：《關於光的反射、折射、彎曲和顏色的論文》，其中大部分內容是在牛頓移居倫敦以前很早就完成了的研究工作，包括在劍橋大學時講授的光學講義，其中記述了1664至1668年的光學研究工作；1672年公開發表的《關於光和顏色的新理論》，還有《自然哲學的數學原理》完成以後所寫的談及光學問題的意見和信件等。在1717年出版的《光學》第二版中，增加了一些重要的“附錄”，他在附錄裏列出了三十一條“疑問”。
《光學》這一科學專著遲遲在1704年才出版的原因，主要是因為牛頓與胡克二人之間的成見很深，凡是牛頓提出的論文，特別是在光學方麵的，胡克總要非難，而且說他自己早已有過那種想法，這使牛頓非常惱火。為了避免無謂的爭端，牛頓決意在胡克在世時不再發表任何論文。1703年，胡克病逝了。次年，牛頓決定發表他研究了三十八年的科學成果，把1666年至1704年間的成果彙集成光學巨著，並附上早年寫成的一篇論文《曲線論》。牛頓在序言中寫道：“為避免對這些論點的無謂爭論，我推遲了這書的公開發行，如果沒有朋友們的敦促，可能還要推遲一些時間。”書中的光學部分是用英文寫的，《曲線論》一文是用拉丁文寫的。兩年後，應牛頓的要求，《光學》又譯成拉丁文出版，因為拉丁文是當時學術界通用的文字，而英文在歐洲大陸還很少有人掌握。
《光學》全書共分為三編，第一編主要是幾何光學，闡述了光的反射、折射、太陽光的組成與反射望遠鏡。第三編，主要闡述光的幹涉現象，即牛頓環等實驗及其討論，薄膜的顏色、自然物體的顏色與光的性質。第三編，主要闡述光的衍射、晶體內的雙折射。在書的末尾論述了科學研究方法論，還對光學的一些基本問題提出了31個發人深省的“疑問”，並對這些問題進行了廣泛的討論，從中可以看到牛頓在當時對光學問題進行探索和討論時思考的深度和廣度，它對後來的研究是很有啟發性的。例如，在疑問5～11中，牛頓談到物體內部分的吸收和光轉變為熱的問題。他寫道：“物體和光相互間不發生作用嗎？物體向四麵八方發射光，也能使光反射、折射和彎曲。而光呢？可以使物體變熱，並把熱振動傳給物體的各部分。”他還討論了視覺和以太的性質，當時許多人認為光是靠以太媒質傳播的。19世紀末才弄清了以太並不存在。當時牛頓關於以太也有許多設想，但總的說來對待以太比較謹慎，他說“我不知道，這以太是什麼”。在最後一個疑問中，牛頓又重新提出在自然界中發生作用的那些力的本性是什麼。他寫道：“萬有引力、磁力和電力能延伸到相當遠的距離，因此可以直接用眼睛觀察。但是，還可能存在另外一些力，它們隻能延伸很短的距離，所以至今在觀察中都被疏忽了。可能電引力傳播很小的距離並且不用摩擦激勵。”當時，人們隻認識到摩擦起電，可是牛頓設想到，即使不摩擦，電的吸引力也會在很小的隔離內起作用。這是用電的作用來解釋微小質點的相互作用的最早嚐試。這微小質點就是後來的科學家所說的分子和原子。