牛顿最伟大的发现，是万有引力定律和三大运动定律。它们为创立天体力学做出了巨大贡献，也为人类航天奠定了理论基础，指明了方向。牛顿的伟大学说不仅提高了人们对自然科学的认识，更唤醒了人们对科学与真理的追求。
1666年秋天的一个傍晚，据说在英格兰林肯郡乌尔斯索普，牛顿正坐在一棵苹果树下埋头读书。突然，一只历史上最著名、最具伟大意义的苹果落下来，打在23岁的牛顿头上。
苹果落地是自然现象，从没人想过为什么。牛顿却想：为什么苹果只往下落，不往上飞，也不往左右去？是苹果吸引地球，还是地球吸引苹果？
当时，牛顿正苦苦思索一个问题：为什么月球环绕地球的轨道运行？为什么行星会环绕太阳的轨道运行？苹果落地让牛顿茅塞顿开：地球又大又重，苹果又小又轻，是不是大的地球把小的苹果吸引到地面上的？这个现象是偶然还是必然？牛顿经过仔细观察、研究、计算，得出一个正确结论：哦，有一种力量，是地球的引力把苹果吸引到了地面上！
正是从思考这一问题开始，牛顿发现了宇宙中最基本的法则——万有引力定律：任何物体之间都有相互吸引力。这个力的大小与各个物体的质量成正比，而与它们之间距离的平方成反比。
牛顿自豪地确定：地球上与太空中的物体运动适应同一自然法则万有引力。他证明了开普勒的行星运动定律和他的万有引力定律之间的一致性。根据万有引力定律，法国天文学家勒维耶成功地预言并发现了海王星。万有引力定律出现后，科学家才正式把研究天体运动建立在力学理论的基础上，从而创立了天体力学，为火箭理论、人类航天奠定了基础。
牛顿在总结前人（特别是伽利略）工作的基础上，1687年出版了《自然哲学的数学原理》一书，首次通过三大运动定律，解释力量的来源、作用和力量之间的关系。
第一运动定律：也叫“惯性定律”，即任何物体在不受外力的作用时，都保持原有的运动状态不变。第二运动定律：任何物体在外力作用下，其动量随时间的变化率与其所受的外力成正比，并与外力同方向。
第三运动定律：也叫“作用与反作用定律”，即当物体甲给物体乙一个作用力时，物体乙必然同时给物体甲一个反作用力，作用力与反作用力大小相等，方向相反，而且在同一直线上。
根据三大运动定律，牛顿同时提出人造天体的概念：当一个物体加速到一定速度可以自由移动，环绕地球沿着一个封闭的轨道飞行……增加速度，人工天体进入太空，并继续运动……它可能永远不会坠落到地球上。
根据第三运动定律，牛顿预言——人类将飞向太空。