到了剑桥三一学院后，牛顿在学习方面感受到了压力，他感到自己与来自全国各地的其他优秀青年相比有着很大的差距，并且是他在一段时间里都无法弥补上的差距。在进入三一学院后，选修了数学专业。在数学方面牛顿与其他人相比差距更大。他在金格斯中学主要学习的课程是拉丁文语法。关于数学讲得少之又少，几乎没有讲授。
虽然他自己曾经看过一些有关数学的文章，但由于不系统，在脑中并没有成型的系统的概念性的东西。
在牛顿进入三一学院后，与其他的所有本科生一样，一位叫本杰明·普林的名不见经传的希腊语教师成了他的指导老师和代理家长。他在数学方面最多只能给牛顿一些鼓励，就算有些帮助也是微乎其微。没有任何记载说明牛顿在数学方面接受过其他人的指导，因此就像牛顿自学其他许多知识一样他也自学了数学。牛顿自小便有超强的自学能力，他在中学阶段曾经有一段时光非常厌恶上学，因为他觉得上学有些浪费时间，有些时候还学不到想学的东西，老师手中敲得当当作响的教鞭让他一见就感到一阵阵心寒。因而他把学习的重点放到了在家中的自学，但也许就是这段经历使他发现了自己的特长，并且自信自己能够通过自学来完成预定的学习内容。他并没有脱离兴趣去研究数学，同时按照自己喜欢的方式循序渐进地不断进取。据法国数学家、牛顿未来社交圈中的一员亚伯拉罕·德·莫伊维说，当牛顿刚进入三一学院不久念本科生时，他去斯特布里奇集市，出于好奇买了一本占星术的书，他读到解释天体的部分，由于缺少三角学的知识，他又买了一本三角学方面的书，但他不能完全读懂其中的内容，这样他不得不找到古代几何学家欧几里德的作品，但又觉得太简单了，不过他很快就明白了自己低估了欧几里德的证明，于是又看了第二遍。他后来又看了威廉·奥特雷德的论文《数学秘诀》和勒内·笛卡尔富有启发性的解析几何著作《方法谈》。牛顿发现这些作品非常难懂，必须逐步掌握，并反复把这些作品看了多遍，形成了自己的数学理论体系。在入学三年后他的数学理论已经达到很高深的程度，是任何同入校的学生所无法企及的。
勤奋好学出了名的牛顿，除自学了数学知识外，也同样沉浸在古典文学的海洋里，柏拉图和亚里士多德的著作都是他阅读的对象，他还曾研究过修辞学、伦理学、逻辑学、历史学等许多学科。现在在纪念牛顿的历史纪念馆中，还留着牛顿关于这些阅读的读书笔记，在笔记本的封皮上清晰地写着：“伊萨克·牛顿，三一学院，剑桥，1661年。”
来到剑桥大学三一学院有一段时日的牛顿，每周在固定的时间内去拜访巴罗教授。在途中，牛顿想起了刚来剑桥时初遇巴罗教授时的尴尬情景。
那是牛顿到剑桥的第一天，手中拿着舅舅威廉写给巴罗的信笺，他刚走进剑桥三一学院的院门，差一点迎面撞上一位身材魁梧的红袍绅士。牛顿吃了一惊，不知如何是好。
“你是新生？”
“是的。”
“是伊萨克·牛顿先生吗？”
“是的……”
巴罗教授温和地笑着，大方地伸出手：“真巧，我是伊萨克·巴罗。”
“啊，您好。”牛顿带着满口乡音回答道，接着把手中的信递给了巴罗教授。
“我已接到了威廉的信，在信中他已详细地介绍了你，否则我不会认出你。”
这是牛顿与巴罗教授的初次相遇，这时的巴罗还是一名三一学院的学者，牛顿因为是初次见到学者，感到有种压迫感，感到很拘束。对巴罗教授有了更深的了解。巴罗这个不同寻常的学者曾走遍了地中海和中东地区，曾在肉搏战中打败一个“饶舌的土耳其人”，还曾勇敢地击退了袭击他们船只的马耳他海盗。巴罗不仅是个训练有素、气质独特的传教士，还是一个对光学、解析几何、物理机械都感兴趣的科学家。特别是在数学方面巴罗是个优秀的数学家，是研究欧几里德几何学的一流学者，以创立在曲线上做切线的方法而著名。
1664年他在三十几岁时成为三一学院的卢卡斯讲座数学教授（三一学院的客座教授是按出资人的名字命名的）。他的到来为三一学院带来了新鲜的空气，他不因循守旧，也不拘泥于古典传统，鼓励学生向多样化发展，应该从亚里士多德学说的束缚下解脱出来。巴罗对于最新数学成就的理解无疑有助于三一学院的学生们加强对数学的理解，其中牛顿也是在听了巴罗教授的讲座后引发了对数学的兴趣。来到三一学院已有三年了，他的学习精神和知识水平渐渐引起了周围人的注意，本杰明·普林也多次向巴罗推荐牛顿。巴罗想通过今天的谈话，深入了解他的故交的亲戚。“随便坐，别拘束。”
“你对学习有什么进一步的要求？”
“我想在研究数学的同时学有关力和运动方面的东西。”“那就困难了。数学倒是没问题，但力和运动却没人讲授，当然你可以自己研究。”并不感到没人指导是件可怕的事，因为小学也好，中学也好，大学也好，他所掌握的知识更多的是通过自学。
“你对亚里士多德、哥白尼、伽利略是如何认识的？”把近几年来自己在求知的过程中树立起来的哲学观对巴罗一一道来，他感觉情绪有些激动。巴罗也同样有些激动，他没想到这个年轻人的想法是这么的不一般，并暗暗地喜欢上了这个求知上进的年轻人。
从此牛顿和巴罗二人开始了持续一生的交往经历，牛顿从巴罗身上看到了一种目标，他认为他就应该做像巴罗一样的人。巴罗也为结识这位前途不可估量的年轻人而感到高兴，他充分感受到了牛顿的才华，相信他一定能做出不可估量的成就。在以后的几十年中巴罗成了牛顿的良师益友，在精神上给了牛顿巨大的支持。