牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法:正流数术(微分)和反流数术(积分),反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中,以及被保存下来的1666年10月他写的在朋友们中间传阅的一篇手稿《论流数》中。所谓“流量”就是随时间而变化的自变量如x、y、s、u等,“流数”就是流量的改变速度即变化率,写作等。他说的“差率”“变率”就是微分。与此同时,他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理。牛顿利甩它还发现了其他无穷级数,并用来计算面积、积分、解方程等等。1684年莱布尼兹从对曲线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号,从此牛顿创立的微积分学在大陆各国迅速推广。微积分的出现,成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支——数学分析(牛顿称之为“借助于无限多项方程的分析”),并进一步进进发展为微分几何、微分方程、变分法等等,这些又反过来促进了理论物理学的发展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲线的解答,这是变分法的最初始问题,半年内全欧数学家无人能解答。1697年,一天牛顿偶然听说此事,当天晚上一举解出,并匿名刊登在《哲学学报》上。伯努利惊异地说:“从这锋利的爪中我认出了雄狮”。(2)牛顿在光学上的成就牛顿的《光学》是他的另一本科学经典著作(1704年)。该书用标副标题是“关于光的反射、折射、拐折和颜色的论文”,集中反映了他的光学成就。第一篇是几何光学和颜色理论(棱镜光谱实验)。从1663年起,他开始磨制透镜和自制望远镜。在他送交皇家学会的信中报告说:“我在1666年初做了一个三角形的玻璃棱镜,以便试验那著名的颜色现象。为此,我弄暗我的房间……”接着详细叙述了他开小孔、引阳光进行的棱镜色散实验。关于光的颜色理论从亚里士多德到笛卡儿都认为白光纯洁均匀,乃是光的本色。“色光乃是白光的变种。牛顿细致地注意到阳光不是像过去人们所说的五色而是在红、黄、绿、蓝、紫色之间还有橙、靛青等中间色共七色。奇怪的还有棱镜分光后形成的不是圆形而是长条椭圆形,接着他又试验“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“将棱镜放在外边”再通过孔、“玻璃的不平或偶然不规则”等的影响;用两个棱镜正倒放置以“消除第一棱镜的效应”; 取“来自太阳不同部分的光线,看其不同的入射方向会产生什么样的影响”;并“计算各色光线的折射率”,“观察光线经棱镜后会不会沿曲线运动”;最后才做了“判决性试验”:在棱镜所形成的彩色带中通过屏幕上的小孔取出单色光,再投射到第二棱镜后,得出核色光的折射率(当时叫“折射程度”),这样就得出“白光本身是由折射程度不同的各种彩色光所组成的非匀匀的混合体”。这个惊人的结论推翻了前人的学说,是牛顿细致观察和多项反复实验与思考的结果。在研究这个问题的过程中,牛顿还肯定:不管是伽利略望远镜(凹、凸)还是开普勒望远镜(两个凸透镜),其结构本身都无法避免物镜色散引起起的色差。他发现经过仔细研磨后的金属反射镜面作为物镜可放大 30~40倍。1671年他将此镜送皇家学会保存,至今的巨型天文望远镜仍用牛顿式的基本结构。牛顿磨制及抛光精密光学镜面的方法,至今仍是不少工厂光学加工的主要手段。《光学》第二篇描述了光照射到叠放的凸透镜和平面玻璃上的“牛顿环”现象的各种实验。除产生环的原因他没有涉及外,他作了现代实验所能想到的一切实验,并作了精确测量。他把干涉现象解释为光行进中的“突发”或“切合”,即周期性的时而突然“易于反射”,时而“易于透射”,他甚至测出这种等间隔的大小,如黄橙色之间有一种色光的突发间隔为 1/89 000英寸(即现今 2 854×10-10米),正好与现代波长值5 710×10-10米相差一半!《光学》第三篇是“拐折”(他认为光线被吸收)即衍射、双折射实验和他的31个疑问。这些衍射实验包括头发丝、刀片、尖劈形单缝形成的单色窄光束“光带”(今称衍射图样)等10多个实验。