长期以来，牛顿认为一定有一种神秘的力存在，是这种无形的力拉着太阳系中的各个行星围绕着太阳旋转。但是，这到底是怎样的一种力呢？
1666年的秋天，研究了一天的牛顿感到有些疲倦，想休息一下。于是，他信步来到自家的苹果园里，坐在一棵苹果树下，这时一个苹果恰好从树上落下来。他忽然想到，为什么苹果总是垂直落向地面呢？为什么苹果不向外侧或向上运动，而总是向着地球中心运动呢？
牛顿判断，可能是因为地球有种无形的力量向下拉着苹果，所以苹果总是垂直下落，或者说总是朝向地球的中心。苹果向着地球，也可看成是地球向着苹果，物体和物体之间是相互面朝着对方运动的。物体之间的作用力，和它们的质量，必须是成正比的。这个力，就是我们后来所称的万有引力。通过初步的研究后，牛顿产生了一个大胆的科学假设：地球不仅吸引着苹果，也吸引着地球表面上的一切物体，而且它还吸引着遥远的月亮和其他星体。他认为这种吸引力可以到达很遥远的地方，随着距离的增加，吸引力会逐渐减弱。
为了证实自己的假设，牛顿仔细地研究月亮的运动。牛顿认为，月亮在不停地运动，由于惯性的缘故，它时刻都有可能摆脱地球。然而，地球对于月亮具有一种吸引力，就像一根无形的绳子拉住了月亮，使它不能摆脱地球，而只能乖乖地在目前的轨道上围绕着地球运行。
就这样，牛顿通过大量研究，充分证明了引力作用并不是地球所独有的。宇宙间所有的物体，无论是巨大的星体，还是微小的尘粒，都是相互吸引的。牛顿的这一伟大发现，不但很好地解释了当时的许多疑难问题，而且对以后的科学发展，直至现代的天体物理和宇宙航行研究，都具有非常重大的意义。