亚里士多德的哲学讲求事物的和谐，求和谐思想是正确的，但亚里士多德认为天上的日、月、星辰的运行轨道是圆形，因为只有圆运动才是完美的、和谐的，而地上的运动，例如重物直线下落是凡俗的。古希腊哲学家的和谐思想不能在天与地之间连贯。到了十七世纪，牛顿用引力理论和运动三定律把天上行星和它们的卫星运动规律，同地上重力下坠的现象统一起来，实现了天上人间的统一，这是牛顿在自然哲学上的伟大贡献。
牛顿万有引力定律和运动定律的发现，标志着文艺复兴以来自然科学知识的一次大综合，必然要给那个时代人们的自然观以决定性的影响。首先，它推动唯物主义的发展，这是因为牛顿力学阐明了地上的力学能用于天上，天上的力学也能用于地上，说明天地之间的物质统一性。古代希腊和整个中世纪，在人们头脑中存在着天体有特殊神秘性质的顽固观念。伽利略的望远镜对这种观念作了一次大扫除，而牛顿的力学定律的建立进一步扫除这个中世纪的观念，为唯物主义的发展奠定自然科学基础。
其次，我们还看到，牛顿的力学促进了机械自然观的形成。这是因为，当时自然科学发展的特点是力学占了首要的支配地位，成了带头科学，其它的科学尚未成熟，尚未建立自己学科的基本规律。这就必然要用力学的观点来解释一切、论证一切，形成机械论的自然观。牛顿在《原理》的导言中这样写道：“哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，而后用这些力去论证其他现象。本书第一、第二两编中的一些普遍命题就是为了这个目的而提出的。在第三编中，我为此举了一个例子，那就是用它来说明世界这个体系；因为我根据前两编中数学上所已论证了的命题，在第三编里我从天文现象中推导出使物体趋向太阳和几个行星的重力，然后根据其他同样是数学上论证了的命题，从这些力中推演出行星、彗星、月球和海潮的运动。我希望能用同样的推理方法从力学原理中推导出自然界的其余一切现象。因为有许多理由使我猜想，这些现象全部取决于某些力。物体的微粒，也是靠了这些力，由一些迄今尚未知道的原因，而互相吸引，粘着成有规律的形状，或互相排斥，而彼此分离；由于这些力我们还不知道，哲学家在自然界里追求，迄今徒劳无功；但我希望本书所奠定的原理，将对这种或某些更正确的哲学方法提供一些线索。”他又说，“我们可以下结论说，一切物体的最小微粒也具有广延性、坚硬性、不可入性、能动性，并且赋有其固有的惯性。这是整个哲学的基础。”[《牛顿自然哲学著作选》第4页、第12页。]这就是恩格斯所说的“仅仅运动力学的尺度来测量化学过程和有机过程”的机械观。到了后来，由哲学家将这种观点发展成一个机械论的哲学体系。
牛顿的认识论和方法论，基本上是唯物主义的经验论，强调归纳在认识过程中的作用。他反对笛卡尔主义的方法。笛卡尔的方法是强调直觉在认识过程中的作用，以假说和猜度作为认识的基础。牛顿认为认识的基础是实验与归纳，所以他把自己的方法叫做“实验哲学”。在《原理》一书第三编中，一开始就讨论了“哲学中的推理法则”，这些法则就是牛顿的归纳法原理：
“法则1：除那些真实而已足够说明其现象者外，不必去寻求自然界事物的其他原因。因此哲学家说，自然界不作无用之事，只要少做一点就成了，多做了却是无用；因为自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸耀自己。
法则2：所以对于自然界中同一类结果，必尽可能归之于同一种原因。例如人和牲畜的呼吸；陨石在欧洲和美洲的下落；炉火和太阳的光；光线在地球和在行星的反射。
法则3：物体的属性，凡既不能增强也不能减弱者，又为我们实验所能及的范围内的一切物体所具有者，就应视为所有物体的普遍属性。……依靠实验和天文观察，普遍发现地球周围的所有物体都被吸向地球，而且这种吸引正比于这些物体各自所含的物质之量；月球同样也按其物质之量而被地球所吸引；那末，根据这条规律，我们必须普遍承认，无论何种物体，都赋有一个原则，即它们能够互相吸引。
法则4：在实验哲学中，我们必须把那些从各种现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全正确的，或者非常接近于正确的，虽然可以想象出任何与之相反的假说，但是没有出现其他现象足以使之更为正确或者出现例外之前，仍然应当给与如此对待。这条法则，我们必须遵守，以便不致于用假说来回避归纳的论证。”[H·S·塞耶编《牛顿自然哲学著作选》第3～6页。]
以上四条法则说明了牛顿归纳法的理论根据，说明牛顿十分强调实验和归纳在认识中的作用，并把实验、归纳看作是认识的基础和出发点。他又说：“实验科学只能从现象出发，并且只能用归纳来从这些现象中推演出一般的命题。相互吸引的证明正是这样。一切物体具有不可入性、能动性，力的作用以及运动定律等，它们的论证也都是这样。如果一个人在实验哲学方面要例外地反对这些论证中的任何一个，那末，即使他的归纳方法有一定的力量，也必须从实验或现象出发，而不是从纯粹的假说出发来提出他的反对理由。”[《牛顿自然哲学著作选》第8页。]
牛顿强调实验与归纳基本上是正确的，但他对于假说的看法却存在着片面性。他在研究万有引力定律的时候，曾经用过笛卡尔的以太假说来说明万有引力的原因，假设行星际之间有以太存在，并假设其压力离物体愈远而愈大，因而迫使物体相互接近。后来经过计算发现情况不是最初他猜想的那样，于是他毅然抛弃这种假说，而采取平方反比的假说。在他发现万有引力定律之后，有些宗教人士追问他，引力是由物质而来的呢，还是那不容许进一步追究的神的意志的表现？惠更斯和莱布尼茨也责难牛顿的工作是非哲学性的，没有回答万有引力的根本原因。牛顿回避这一类问题，他讨厌这一类问题，讨厌对引力的本质问题作无穷的猜度。他认为，应该集中力量去解决如何用数学表现规律，说明现象。我们要干的事，应该是现象、实验范围里许可的事，他把建立万有引力的理论模型之类的问题留给后人去干。于是他在《原理》一书的“总释”中写道“到目前为止，我还不能从现象发现重力性质的原因，我也不捏造假说（and I frame no hypotheses）。因为凡不是从现象中推导出来的任何说法都应称之为假说，而这种假说无论是形而上学的或者是物理学的，无论是属于隐蔽性质的或者是力学性质的，在实验哲学中都没有它们的地位。在这种哲学中，概括的命题总是从现象中推论出来，然后用归纳法加以概括而使之带有普遍性的。……运动定律和万有引力定律都是这样发现的。”[H·S·塞耶编《牛顿自然哲学著作选》第53页。]
牛顿关于假说的论点，有它的合理性一面。这就是：①实验与归纳是科学认识的基础；②当假说与实验事实违背时，应毫不犹疑地抛弃旧的假说；③重要的问题不仅在于，在条件未成熟时对事物的本质与原因提出猜度，而且在于，以一定的假说作指导，对现象进行数学的描写和解释。牛顿的片面性在于，在理论上一般地否定假说，认为“假说在实验哲学中没有它们的地位”，并进而宣称“我们应当力戒去考虑假说，正如应当力戒不恰当的论辩一样。……。”[H·S·塞耶编《牛顿自然哲学著作选》第7页。]牛顿的这种片面性为他的继承者加以发挥。恩格斯在批评这种片面性时所说的“归纳法的驴子牛顿”[《自然辩证法》第182页。]，就是指牛顿的归纳主义。
众所周知，牛顿在理解光的本质上持微粒说。但他在同胡克、惠更斯等讨论光的本质时，说光具有这种或那种本能激发以太的振动。这意味着以太是光振动的媒质。于此，似乎牛顿对光的双重性有所理解；其实不然，他对以太媒质之存在极似空气之无所不在，只是远为稀薄、微细而具有强有力的弹性。他又申说，就是由于以太的动物气质才使肌肉收缩和伸长，动物得以运动。他又进一步以以太来解释光的反射与折射，透明与不透明，以及颜色的产生（包括牛顿环），他甚至于设想地球的引力是由于有如以太气质不断凝聚使然。《原理》第二编第六章诠释的结尾说，从记忆中他曾做实验倾向于以太充斥于所有物体的空隙之中的说法，虽然以太对于引力沒有觉察的影响。十四、十五世纪以来欧洲的学者对以太着了迷，以太学说风靡一时。当时科学巨擘笛卡尔对以太存在深信不疑。他认为行星之运行可以以太旋涡来解释。以太学说成为一时哲学思潮。尊重实验的牛顿也不免卷入这股哲学思潮激流中去，倾向于它存在。当时人们对超距作用看法不一。牛顿曾经指出他的引力相互作用定律，并不认为是最终的解释，而只是从实验中归纳出来的一条规则。因此，牛顿并未就引力本质作出结论。
牛顿在科学上的成就须由他的哲学思想和科学方法来寻根求源。牛顿的学生R·科茨曾在《原理》第2版序言中道出了其中的奥妙。古希腊、罗马的哲学家凭着对自然现象的观察和思考（中国先秦时代也有类似之处）总结出论断，例如泰勒斯的学说：万物的根源是水。即使像德谟克利特、卢克莱修的原子论，现在来评价还是很是很高的。但是他们的方法凭天才的臆测、思维与辩论，称之为为思辨哲学。到了中世纪，经院哲学统治着欧洲，科学、哲学沦为神学的奴婢，到十五、十六世纪，哥白尼、布鲁诺、伽利略等人不畏坐牢、火刑等坚持不屈地向教会作斗争，挣脱了侍奉上帝的桎梏，对自然现象的观察、测量和实验的风气逐渐形成了。在物理学中伽利略的实验工作是实验物理学的开端，牛顿深受其影响。随后，牛顿使作为实验科学的物理学形成一个光辉体系，同时也使科学实验方法闯入了哲学思想的殿堂。
牛顿认为从现象中可以得出科学原理，或者说科学基本原理可以从现象中导得或推出。牛顿在《原理》和《光学》两书中明白表达他的做学问的方法，即要明白无误地区别猜测、假设和实验结果（及由此而归纳得出的结论），还有从某些假设条件下所得到数学推导。《原理》第一编十四章中处理细微粒子的运动和第二编命题23种设想气体中有相互排斥质点的模型都是牛顿运用具有物理实质性的数学模型的例子，但是他对这些问题缺少实质性的实验证据，未能写出无可辩驳的论述。
论者可能认为牛顿只注重从实验运用归纳法得出定律，而无视演绎法的重要性。这是有违事实的。牛顿指出：“在自然科学里，应该象在数学里一样，在研究困难的事物时，总是应当先用分析的方法，然后才用综合的方法。这种分析方法包括做实验和观察，用归纳法去从中作出普遍结论，并且不使这些结论遭到异议，除非这些异议来自实验或者其他可靠的真理方面。……用这样的分析方法，我们就可以从复合物论证到它们的成份，从运动到产生运动的力，一般地说，从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，一直论证到最普遍的原因为止。这就是分析的方法；而综合的方法则假定原因已经找到，并且已把它们立为原理，再用这些原理去解释由它们发生的现象，并证明这些解释的正确性。”[H·S·塞耶编《牛顿自然哲学著作选》第212页。]1713年牛顿在出版《原理》第2版时在给他的学生科茨的信中提到运动定律是居于首位的定律或称之为公理，并说它们都是从现象中推断或称演绎而来的，并运用归纳法使之普适化。牛顿说：“这是一个命题在哲学中所能达到最高境界的例证。”诚然，必须看到归纳与演绎不能人为地对立起来。恩格斯指出“归纳和演绎正如分析和综合一样，是必然相互联系着的。不应当牺牲一个而把另一个捧到天上去”。牛顿在此早着先鞭。
关于实验与假设之间的关系，牛顿在各种场合都有论述。他在给奥尔登堡的信中说：“进行哲学研究的最好和最可靠的方法，看来第一是勤勤恳恳地探索事物的属性并用实验来证明这些属性。然后进而建立一些假说，用以解释这些事物的本性。”给科茨信中说：“任何不是从现象中推论出来的说法都应称之为假说，而这样一种假说无论是形而上学的还是物理学的，无论属于隐蔽性质的还是力学性质的，在实验哲学中都沒有它们的地位。”牛顿这些论述奠定了自然哲学的基础，启开了实验科学的大门，300年来为自然科学的繁荣立下了不朽功勋。
牛顿研究事物规律的方法不同于那些只从简单的物理假设出发的人，而是通过逻辑的演绎法得到对事物现象的解释。爱因斯坦指出：“牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础，从这基础发出他用数学的思维，逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合。”“在牛顿之前还没有什么实际的结果支持那种认为物理因果关系有完整链条的信念。”牛顿是完整的物理因果关系创始人；而因果关系正是经典物理学的基石。
牛顿出身于笃信基督教的家庭。在剑桥求学时代，他就怀着宗教生活里亦如科学实验一样可以自由自在的幻想和工作。《原理》完成后，他便着手有关基督教《圣经》的研究，并开始写这方面的著作，手稿达150万字之多，绝大部分未发表。可见牛顿在宗教著述上浪费了大量时间和精力。关于牛顿在1692～1693年间答复本特莱大主教4封信论造物主（上帝）之存在，最为后人所诟病。所谓神臂就是第一推动出于第四封信中。从现代宇宙学来说，第一推动完全可能在物理框架中解决，而无需“神助”。
牛顿反对那时英国的国教“英格兰教”。他反对三一教义，但不鲜明表白自己的意志，只是隐蔽地表明不愿担任圣职，请人关说乃得免受圣职而仍旧享受剑桥大学侣的待遇。总之，在对纯宗教问题上牛顿比之于他的先驱者如哥白尼、布鲁诺、伽利略等赴汤蹈火而不辞的精神，则逊色多了。
由于哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿对天体力学的研究，上帝在太阳系的地位，一步步地被降低。哥白尼体系否定了上帝的创世说，但他认为太阳是万物的中心的统驭者，“太阳如坐在皇座上，管理他的儿女们，就是绕着他转的那些行星。”[贝尔纳：《历史上的科学》，科学出版社1959年版，第231页。]哥白尼还把人类社会的贵贱观搬到了太阳系。开普勒修正了行星运行的轨道，但仍然接受了哥白尼的天体贵贱观，并且认为“如果至高无上的上帝高兴要一个物质居所，并选择一个地方和他那些有福的天使住在一起的话，在我们看来，只有太阳才配得上上帝居住。”[F·梅森：《自然科学史》，上海人民出版社1957年版，第126页。]这样，从上帝创造宇宙，到上帝居住在太阳上，再到牛顿提出上帝对太阳系只在开始时有第一推动，上帝在太阳系的作用一步步地被缩小。
十七世纪，牛顿与德国数学家莱布尼茨，为了争论微积分的发明权进行了论战。在他们双方和支持者的相互攻击中，不仅涉及微积分的发明权，还涉及彼此的哲学观点以及对上帝的态度。“莱布尼茨也批评牛顿，说他把上帝当作了一个伟大的机匠，保持他所创造的那架宇宙机器，不至于使他会偶然处于瘫痪状况而停止不动。”[H·S·塞耶编《牛顿自然哲学著作选》第220页。]这些批评还记录在当时英国《不列颠名人传记》中，在牛顿条下有以下记载：“莱布尼茨重新攻击牛顿的反宗教倾向，并且试图贬抑牛顿的哲学，因为在流数问题上他有点愤慨。这种在牛顿脸上抹黑的做法，起了一定的作用。”[H·S·塞耶编《牛顿自然哲学著作选》第220页。]英国贝克莱主教也批评牛顿提出的绝对空间与绝对时间的概念会导致无神论，是“有害而荒唐的概念”。[H·S·塞耶编《牛顿自然哲学著作选》第219页。]哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿都是有神论者，都是信仰上帝的教徒，他们在自然科学领域是一个朴素的唯物主义者，但受当时社会历史条件的限制，他们不可能是彻底的唯物主义者，因此没有和神学彻底决裂，这当然会对他们的自然观产生影响。但是，随着科学的发展，不断地扩大了唯物主义的地盘，他们为上帝留下的地方，也正是科学上的空白，这只能随着科学的进一步发展而解决。科学家个人的宗教信仰会影响他的自然观，但不能简单地将牛顿提出神的第一推动，仅仅归结为他是一个虔诚的宗教信徒造成的，需要进行历史地全面地考察。
1942年爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年而写的文章，对牛顿的一生作如下的评价“只有把他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上一幕才能理解他”。此赞语最恰当不过的了。
