特别值得一提的是，他研究出开普勒定律在理论方面的详解。牛顿先前创发的微积分是研究古典力学所必备的数学工具。牛顿和那时期的同仁，除了克里斯蒂安·惠更斯所研究之波动现象为值得注意的例外，大多数都认为古典力学应可以诠释所有大自然的现象，包括用其分支学术，几何光学，来解释光波。甚至于他发现的牛顿环（一个光波干涉现象），牛顿都试着用自己的光微粒说来解释。十九世纪后期，尖端的理论与实验发掘出许多扑硕迷离的难题。古典力学与热力学的连结导至出古典统计力学的吉布斯佯谬（熵不是个良好定义的物理量）。在原子物理的领域，最