進入英國皇家學會的首次碰壁
英國皇家學會初期在牛頓發明反射式望遠鏡不久，英國皇家學會給他拋出了橄欖枝。1672年一月，牛頓加入英國皇家學會。在這樣一個學術氛圍濃厚的學會，沒有什麼課題是被禁止的。在這裡你可以找到愛德蒙·哈雷有關大麻的文章，還有《怎樣種好蘋果》，《洗衣服秘訣》等等。這是一個充滿魔法奧秘的神秘花園。
剛進入皇家學會的艾薩克·牛頓，躊躇滿志，發表了他的第一篇論文——《光和顏色的理論》，牛頓深信自己論文的重要性，對自己也是有極強烈的信心。在皇家學會，論文的發表必須通過審核，對這篇論文的審核就交給了時任皇家學院的會長——羅伯特·胡克。
胡克也是一位德高望重的自然哲學家和發明家，他建立了彈簧體變形與力成正比的胡克定律，也就是我們所知的F=kX。生物學方面，他利用自製的複合式顯微鏡觀察植物結構，將發現的最小單元命名為「cell」（細胞），這種說法一直沿用至今。胡克對牛頓論文的評價持保守態度，他認為還不存在一種不可推翻的論證可以證明牛頓論點的可靠性。
牛頓的自尊心極強，他認為並不能因為論文起點過高而判定他是失敗的。胡克回絕牛頓，一定意義上來說，為他自己埋下了禍根，牛頓一直沒有原諒胡克對自己的偏見，以至於當他自己當上會長之後，燒掉了所有關於胡克的一切。這位天才的科學家也有十分記仇的一面。
牛頓決定自己單幹，再聯繫出版社之後，他成功地發表了這篇名為《光和顏色的理論》，顯然他高估了自己實力。他的論文並沒有得到應有的反響，甚至有很多社會上異樣的呼聲。他開始面對公眾的壓力，由於自己不擅長人際來往，牛頓顯然對這種社會輿論壓力顯得不適應。他開始自閉，將自己反鎖在劍橋大學的房間裡，他害怕面對公眾的批評，重新皈依自己自由平靜的生活。對皇家學會來說，他們想知道牛頓到底的近況，然而他回答：「我在從事自己私人的研究。」。
隱居的秘密研究
神學與鍊金術隱居避世的十二年是牛頓人生中最神秘的十二年，他將自己的手稿封存在箱子中，無人知曉，直到1936年，經濟學家凱恩斯通過拍賣獲得了牛頓當年的手稿，才揭開一代偉人的神秘面紗。手稿所記錄的文字，完全偏離了世人對牛頓的認知，他從一個偉大的科學家變成了神學研究者和狂熱的鍊金術師。
牛頓渴望在神學中得到慰藉，他開始翻閱古代經典，最後得到一個結論：古代文明可能早已經深知宇宙的運行規律，所有的文明起源於一個共同的起點，國家和部落的產生才是導致信仰不同的原因。由此，他指出「三位一體」的神學基礎是錯誤的。他堅信神，只有一個。這種思想相當超前，在當時的英國社會提出異端宗教言論是要送上斷頭臺的。牛頓將自己對神學的思考記錄在手稿裡，封存了兩個世紀。從他對神學思考的嚴謹程度可以看出，牛頓渴望一種統一，這為他以後提出三大定律提供了思想基礎。
在這黑暗的十二年裡，牛頓從事的另一項研究就是鍊金術。他相信任何物質都存在一個相互轉化的機理，像蠟燭燃燒變成了光，光也應該可以逆向的變成蠟燭。牛頓開始探索將一些廉價的物質轉化為金子，他想找到可以點石成金的物質，甚至於想找到一種可以創造生命的物質。牛頓深知世人並不能理解他的思想，但是在兩個世紀以後，愛因斯坦質能方程的研究證明了牛頓瘋狂的猜想——質量即是能量。牛頓對鍊金術的研究雖然失敗了，但是他的這種物質之間相互轉化的思想，引領了幾個世紀的科學潮流。
牛頓運動定律的創立和曠世巨著的發表
牛頓運動定律與萬有引力時間到了1684年，牛頓成為了一個無名的學者，過上了隱居避世的生活。雖然也在從事相關的科學研究，但是他並不希望跟別人分享。同年，天文學家艾德蒙·哈雷突然造訪。哈雷說過誰可以揭示天體的運行規律，誰就可以進一步的完善天文學。
牛頓對哈雷突然地造訪顯示出極大的興趣。個人方面，他受到哈雷的感化，對自然哲學的研究有了更強的動因。時代背景下，很多科學家都在從事天體運行規律的研究，其中就包括牛頓的宿敵羅伯特·胡克。牛頓深知這是一次好機會，他開始著手研究這一課題。這一次他相當的嚴謹，並不想重蹈覆轍。他並不滿足於天體運行規律的研究，更傾向於提出一個大一統的理論，揭示萬物統一的運動理論。牛頓三大定律應運而生。
三大定律的提出並沒有讓牛頓止步，他觀察地球圍繞太陽轉動，月球繞地球運動，以及雨滴的落下，成熟蘋果的掉落。將三大定律上升到天體運動方面，結合哈雷的啟發，提出了著名的萬有引力定律。他指出萬有引力是一種超距作用，他跟兩個物體的化學組成和其中的介質沒有關係。
牛頓的發現讓胡克及其嫉妒，然而牛頓已經做好了充分的準備，他有能力與胡克理論。胡克發表了萬有引力的基本理論，明確的指出牛頓沒有宣布發現的權利。然而胡克的理論只是一些淺顯的基礎。哈雷等諸多科學家對牛頓創立完整的萬有引力理論都有所貢獻，牛頓也準備好承認他人成果的重要性，但不包括胡克。牛頓覺得自己是站在巨人的肩膀上，他覺得胡克是一個只會竊取成果的小人。
1687年，牛頓發表了驚世駭俗的巨著《自然哲學的數學原理》，將人類對理性世界的理解提升到了前所未有的高度。從此，牛頓名聲大噪。而胡克在這場沒有硝煙的戰爭中變成了失敗者。