في سنة 1666 حين عاد إلى وولتروب بسبب انتشار الطاعون في كمبريدج، جعل يفكر في قوة الجذب الممتدة إلى فلك القمر إلى أن اكتشف قانونها، ولكن لما لم يصح تطبيق هذا الناموس على القمر الدائر حول الأرض، لم يشأ أن ينشر شيئًا بشأنه مدة طويلة؛ لظنه أنه خطأ وأن الفكرة سخيفة.
والغريب أن يظن نيوتن أن لوقوع الجسم على الأرض ودوران القمر حولها قانونا، أليس غريبا أن يعتقد نيوتن أن القوة التي اجتذبت التفاحة إلى الأرض هي نفس القوة التي تدير القمر حول الأرض؟ عجبًا، إذن لماذا لا يسقط القمر على الأرض كما سقطت التفاحة وكما يسقط كل جرم؟ وأعجب من ذلك أن يدرك نيوتن هذا السر وهو غريب على الأذهان وبعيد عن الأفهام وبناءً على فهمه هذا السر عمل حسابه فضل؛ لأن المعلومات التي بنى عليها كانت ناقصة كما سيرد بيانه.
في ذلك الحين كان بعض أعضاء المجمع العلمي يخمّنون تخمينات مختلفة فيما لاح لنيوتن من قبيل قوة الجذب التي تجذب الأجسام نحو المركز والسيارات نحو الشمس والقمر نحو الأرض ... إلخ، وكان منهم، رن وست وارد مطران لسبوري، وروبرت بويل، وهوك، وهالي، إلى أن التقى هالي بهوك ورن يوم الأربعاء من يناير سنة 1684، فقال رن: إنه اكتشف البرهان على قوانين الحركات الفلكية، أما هالي فاعترف بجهله، وانبرى حينئذٍ السير كريستوفور مشجعًا البحث في الموضوع، وقال: إنه يُهدي كتابًا بأربعين شلنا لمن يجد حلا لمسألة دوران السيارات في أفلاكها، وأمهل المشتغلين بها شهرين. بقيت المسألة. بلا حل حتى شهر أوغسطس حين زار هالي نيوتن في كمبريدج وقال له: وصل إلي أنك توفقت إلى الحل لهذا السؤال: وهو أن تأثير قوة مركزية على جسم متحرك تختلف كمربع البُعد، فكيف ذلك؟ وما البرهان؟
فوعده نيوتن بأن يبحث عن نسخة البرهان التي أهملها منذ 18 سنة لعدم ثقته بصحته، أن نيوتن لم يجد النسخة فأعاد كتابة البرهان من جديد وأرسله إلى هالي في نوفمبر من تلك السنة، وعاد هالي إلى كمبريدج وألح على نيوتن أن يقدم البرهان للمجمع. وفي العاشر من ديسمبر سنة 1684 أبلغ هالي إلى المجمع أن نيوتن أراه رسالة مستغربة وأنه ألح عليه أن يرسلها إلى المجمع لكي تسجل فيه، فأرسلها نيوتن وسُجِّلت بالفعل في فبراير سنة 1685 وعلى حاشيتها تاريخ صدورها في 10 ديسمبر سنة 1684.
ولكن في أوائل سنة 1685 أدَّت حساباته بهذا الشأن إلى اعتبار أن كلا من الشمس والسيارات كأنها نقط متجمعة في مراكزها؛ أي إن الجِرْم كله كتلة مضغوطة في مركزه، وفي هذا المركز مقر القوة الفاعلة، ولكن أحقيق هذا؟ أم أن الجزم مهما كان كبيرًا أو صغيرًا يعتبر كله مركزًا إذا قورن بالمسافة السحيقة بينه وبين الجرم الآخر؟ وما هي هذه القوة التي تستطيع بها الشمس مثلا أن تجتذب جِرْمًا خارجًا عنها؟
ومن ثمة جعل نيوتن يحسب حساباته على فرض أن كل ذرة في الشمس تجذب كل ذرة في الجسم الآخر البعيد عنها بقوة مناسبة لحاصل ذرات هذا مضروبة بذرات ذاك وبنسبة مربع البعد بينهما.
ولما خرج نيوتن بقانون الجاذبية نتيجة لحساباته سنة 1665 رأى أن دوران القمر أسهل نموذج لاختبار صحة القانون، فحسب حسابه على اعتبار أن القمر يبعد عن الأرض نحو 60 مرة طول نصف قطر الأرض، فكانت النتيجة خطأ، وبعد مدة من الزمن ظهر أن قطر الأرض أطول مما كان يظن، فعمل حسابه على اعتبار الطول الجديد فصح وثبتت السنة التي اكتشفها.
وبعد ذلك تجرَّأ نيوتن أن يُعلن قانونه وأن يُجاهر به بثقة عظيمة، ثم طبقه على جميع دورانات السيارات، ثم صار يطبقه على كل حركة فلكية وكونية مهما كانت عظيمة وشاسعة وبعيدة أو صغيرة أو كبيرة. وبواسطة قانون الجاذبية اكتُشف تسطيح الأرض عند قطبيها، وسبب تغير الثقل بتغير الارتفاع عن سطح الأرض، وبها فسَّر مبادرة الاعتدالين وسير المد والجزر، وقال بإمكان معرفة حجم السيارات بواسطة معرفة جذبها بعضها البعض واضطراب حركاتها، وتعليل تقدم نقطة الرأس في الفلك الإهليلجي إلى غير ذلك من الحركات الفلكية. القانون الطبيعي لا ينقض بوجه من الوجوه، هو أساس النظام الثابت.
 
فلسفة المبادئ الطبيعية
عاد نيوتن بعد ذلك إلى كمبردج وشرع يؤلف كتابه المشهور العظيم الشأن «المبادئ» Principia سنة 1686م، وقد سماه فلسفة المبادئ الطبيعية الرياضية Philosophae Naturalis Principia Mathimatice وأتمه في ثلاثة مجلدات، وطبعت في 1687.
وكانت الجمعية (أي المجمع العلمي) في ذلك الحين فقيرة فأخذ هالي نفقات الطبع على عهدته، وكان يزيل كل ما يستطيع من الصعوبات من أمام نيوتن؛ لكي يتم هذا العمل العظيم، وما عتمت هذه المؤلفات الثلاثة النفيسة أن انتشرت في كل أوروبا، ونَشَرَت معها شهرة عظيمة له، وبقيت المرجع العظيم الشأن لعلماء العصر إلى اليوم، ومعظم نظريات علم الأكوان والأفلاك تستند إلى المبادئ التي قررها نيوتن.