1666年，牛頓把通過玻璃棱鏡的太陽光分解成了從紅光到紫光的各種顏色的光譜，他發(fā)現(xiàn)白光由各種顏色的光組成。

牛頓的光學(xué)

牛頓的《光學(xué)》是他的另一本科學(xué)經(jīng)典著作（1704年）。該書用標(biāo)副標(biāo)題是“關(guān)于光的反射、折射、拐折和顏色的論文”，集中反映了他的光學(xué)成就。

第一篇是幾何光學(xué)和顏色理論（棱鏡光譜實(shí)驗(yàn)）。從1663年起，他開始磨制透鏡和自制望遠(yuǎn)鏡。在他送交皇家學(xué)會(huì)的信中報(bào)告說：“我在1666年初做了一個(gè)三角形的玻璃棱鏡，以便試驗(yàn)?zāi)侵念伾F(xiàn)象。為此，我弄暗我的房間……”接著詳細(xì)敘述了他開小孔、引陽光進(jìn)行的棱鏡色散實(shí)驗(yàn)。關(guān)于光的顏色理論從亞里士多德到笛卡兒都認(rèn)為白光純潔均勻，乃是光的本色。“色光乃是白光的變種。牛頓細(xì)致地注意到陽光不是像過去人們所說的五色而是在紅、黃、綠、藍(lán)、紫色之間還有橙、靛青等中間色共七色。奇怪的還有棱鏡分光后形成的不是圓形而是長(zhǎng)條橢圓形，接著他又試驗(yàn)“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“將棱鏡放在外邊”再通過孔、“玻璃的不平或偶然不規(guī)則”等的影響；用兩個(gè)棱鏡正倒放置以“消除第一棱鏡的效應(yīng)”；取“來自太陽不同部分的光線，看其不同的入射方向會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響”；并“計(jì)算各色光線的折射率”，“觀察光線經(jīng)棱鏡后會(huì)不會(huì)沿曲線運(yùn)動(dòng)”；最后才做了“判決性試驗(yàn)”：在棱鏡所形成的彩色帶中通過屏幕上的小孔取出單色光，再投射到第二棱鏡后，得出核色光的折射率（當(dāng)時(shí)叫“折射程度”），這樣就得出“白光本身是由折射程度不同的各種彩色光所組成的非勻勻的混合體”。

光譜狹縫

這個(gè)驚人的結(jié)論推翻了前人的學(xué)說，是牛頓細(xì)致觀察和多項(xiàng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)與思考的結(jié)果。 在研究這個(gè)問題的過程中，牛頓還肯定：不管是伽利略望遠(yuǎn)鏡（凹、凸）還是開普勒望遠(yuǎn)鏡（兩個(gè)凸透鏡），其結(jié)構(gòu)本身都無法避免物鏡色散引起起的色差。他發(fā)現(xiàn)經(jīng)過仔細(xì)研磨后的金屬反射鏡面作為物鏡可放大30～40倍。

1671年他將此鏡送皇家學(xué)會(huì)保存，至今的巨型天文望遠(yuǎn)鏡仍用牛頓式的基本結(jié)構(gòu)。牛頓磨制及拋光精密光學(xué)鏡面的方法，至今仍是不少工廠光學(xué)加工的主要手段。

其后一直到1802年，涅拉斯頓觀察到了光譜線，其后在1814年夫瑯和費(fèi)也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)它，牛頓之所以沒有能觀察到光譜線是因?yàn)樗固柟馔ㄟ^了圓孔。而不是通過狹縫。

       在1814-1815年之間，夫瑯和費(fèi)公布了太陽光譜中的許多條暗線，并以字母來命名，其中有些命名沿用至今，此后便把這些線成為夫瑯和費(fèi)暗線。

實(shí)用光譜學(xué)是由基爾霍夫在19世紀(jì)60年代發(fā)展起來的，他們證明光譜學(xué)可以用作定性化學(xué)分析的新方法，并利用這方法發(fā)現(xiàn)了幾種當(dāng)時(shí)還未知的元素，并且也證明了太陽里也存在著多種已知元素。

從19世紀(jì)中葉起，氫原子光譜一直是光譜學(xué)研究的重要課題之一，在試圖說明氫原子光譜的過程中，所得到的各項(xiàng)成就對(duì)量子力學(xué)法則建立了很大的促進(jìn)作用。

《光學(xué)》第二篇描述了光照射到疊放的凸透鏡和平面玻璃上的“牛頓環(huán)”現(xiàn)象的各種實(shí)驗(yàn)。除產(chǎn)生環(huán)的原因他沒有涉及外，他作了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)所能想到的一切實(shí)驗(yàn)，并作了精確測(cè)量。他把干涉現(xiàn)象解釋為光行進(jìn)中的“突發(fā)”或“切合”，即周期性的時(shí)而突然“易于反射”，時(shí)而“易于透射”，他甚至測(cè)出這種等間隔的大小，如黃橙色之間有一種色光的突發(fā)間隔為1／89000英寸（即現(xiàn)今2854×10－10米），正好與現(xiàn)代波長(zhǎng)值5710×10－10米相差一半！   

《光學(xué)》第三篇是“拐折”（他認(rèn)為光線被吸收）即衍射、雙折射實(shí)驗(yàn)和他的31個(gè)疑問。這些衍射實(shí)驗(yàn)包括頭發(fā)絲、刀片、尖劈形單縫形成的單色窄光束“光帶”（今稱衍射圖樣）等10多個(gè)實(shí)驗(yàn)。牛頓已經(jīng)走到了重大發(fā)現(xiàn)的大門口卻失之交臂。他的31個(gè)疑問極具啟發(fā)性，說明牛頓在實(shí)驗(yàn)事實(shí)和物理思想成熟前并不先作絕對(duì)的肯定。

牛頓在《光學(xué)》一、二篇中視光為物質(zhì)流，即由光源發(fā)出的速度、大小不同的一群粒子，在雙折射中他假設(shè)這些光粒子有方向性且各向異性。由于當(dāng)時(shí)波動(dòng)說還解釋不了光的直進(jìn)，他是傾向于粒子說的，但他認(rèn)為粒子與波都是假定。他甚至認(rèn)為以太的存在也是沒有根據(jù)的。   

在流體力學(xué)方面，牛頓指出流體粘性阻力與剪切率成正比，這種阻力與液體各部分之間的分離速度成正比，符合這種規(guī)律的（如、空氣與水）稱為牛頓流體。

在熱學(xué)方面，牛頓的冷卻定律為：當(dāng)物體表面與周圍形成溫差時(shí)，單位時(shí)間單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。

在聲學(xué)方面，他指出聲速與大氣壓強(qiáng)平方根成正比，與密度平方根成反比。他原來把聲傳播作為等溫過程對(duì)待，后來P.S.拉普拉斯糾正為絕熱過程。