“自然哲学的数学原理”（拉丁文：自然哲学的数学原理Mathematica），是牛顿的三卷本代表作，成书于1686年。1687年该书的拉丁文版首次出版发行。牛顿本人之后又分别于1713年与1726年进行了两次修订。

在《原理》的序言里，牛顿写道：理性力学应当是一门定量研究任何力所引起的运动和产生任何运动的力的科学。……因此本书被命名为自然哲学的数学原理。因为自然哲学的一切难题中都涉及通过各种运动现象来研究自然的力，再通过这些自然力来解释其他现象……

1747年法国数学家、物理学家克莱罗称：“《自然哲学的数学原理》标志着一个物理学革命的新纪元。伟大的作者牛顿爵士在书中采用的方法……使数学的光辉照亮了笼罩在假设与猜想的黑暗中的科学。”

爱因斯坦说过：“至今还没有可能用一个同样无所不包的统一概念，来代替牛顿的关于宇宙的统一概念。而要是没有牛顿的明晰的体系，我们到现在为止所取得的收获就会成为不可能。”

“没人可以否认（从《自然哲学的数学原理》中）诞生了一门新的学科，这门学科（至少在特定方面）远远超越了它之前的一切事物，成为科学规范的最佳典范。”

从科学研究内部来看，《自然哲学的数学原理》示范了一种现代科学理论体系的样板，包括理论体系结构、研究方法和研究态度、如何处理人与自然的关系等多个方面的内容。实际上，牛顿在《自然哲学的数学原理》中讨论的问题及其处理问题的方法，至今仍是大学数理专业中教授的内容，而其它专业的学生学到的关于物理学、数学和天文学的知识，无论在深度和广度上都没有达到《自然哲学的数学原理》的境界。在结构上，《自然哲学的数学原理》遵循的是标准的演绎逻辑推理公理化体系。牛顿遵循古希腊的公理化模式，从定义、定律（公理）出发，导出命题；对具体问题（如月球运动），他把从理论导出的结果和观察结果相比较。

全书共分五部分，第一部分首先是像欧几里德一样去明确了八个“定义”，给出了物质的量、时间、空间、向心力等的定义。第二部分也是模仿欧几里德原本，提出了“公理或运动的定律”，包括著名的运动三定律。接下来的内容分为三卷，前两卷的标题一样，都是“论物体的运动”。第一卷研究在无阻力的自由空间中物体的运动，许多命题涉及已知力解定受力物体的运动状态（轨道、速度、运动时间等），以及由物体的运动状态确定所受的力。第二卷研究在阻力给定的情况下物体的运动、流体力学以及波动理论。压卷之作的第三卷的标题是“论宇宙的系统”。

由第一卷的结果及天文观测，牛顿提出了万有引力定律，并由此研究地球的形状，解释海洋的潮汐，探究月球的运动，确定彗星的轨道。本卷中的“研究哲学的规则”及“总释”对哲学和神学影响很大。牛顿并没有声称自己要构造一个体系。然而牛顿实际上是构造了一个人类有史以来最为宏伟的体系，他所说的力，主要是重力，我们今天称之为引力，或万有引力，以及由重力所衍生出来的摩擦力、阻力和海洋的潮汐力等，而运动则包括落体、抛体、球体滚动、单摆与复摆、流体、行星自转与公转等，简而言之，包括当时已知的一切运动形式和现象。也就是说，牛顿是要用统一的力学原因去解释从地面物体到天体的所有运动和现象。

非 “在实验科学中并没有存在的意义”。