在牛顿之前，科学家们，如哥白尼和开普勒，都信奉“简洁性”与“和谐性”。他们首先习惯于提出无法证实的准则，把自然规律的主宰归因于上帝，即运动规律应该是“和谐而简洁”的。以“日心说”为例，哥白尼自我评价就是它显示了“令人欣赏的对称性”和“清晰的和谐性”。而牛顿运用批判性思维，他的科学观是因果决定论。他认为世界万物的运动均是统一的，所有的结果都有明确的原因，只要知道物体的初始状态，利用牛顿三大定律、万有引力定律以及微积分，便可精确预言之后任何时刻该物体的运动状态和位置。
牛顿认为客观世界是物质的、统一的、相互联系的。他在《自然哲学的数学原理》中写下了“哲学中的推理法则”。其内容如下：
（1）除那些真实而已足够说明其现象者外，不必去寻求自然界事物的其他原因。
（2）自然界不做无用之事，只要少做一点就成了，多做了却是无用，因为自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因夸耀自己，对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一种原因。
（3）物体的属性，凡既不能增强也不能减弱者，又为我们实验所能及的范围内的一切物体所具有者，就应视为所有物体的普遍属性。
（4）物体的属性只有通过实验才能为我们所了解……在实验哲学中，我们必须把那些从各种现象中运用一般归纳而导出的命题看作完全正确的，或者是非常接近于正确的。
在这些推理法则中，第（1）条是“简单性原则”，第（2）条和第（3）条是“统一性原则”，第（4）条表明牛顿对于在观察、实验的基础上通过归纳而得出自然规律的这一方法的信念，表明牛顿把观察和实验作为科学研究工作的出发点，把归纳法作为求得自然规律的基本方法，反对空想和虚伪。
“实验—归纳”是牛顿科学方法的重要特征。除此之外，牛顿还非常重视数学方法在物理学上的应用。在牛顿之前，伽利略首先走上以采用精确的数学分析和总结实验数据为特点的物理学研究道路。牛顿则第一个大量地运用数学方法来系统地梳理物理理论。
这是因为，事物之间的本质联系只有通过数学才能归纳为可进一步测量、应用和检验的公式或定律。他先抽象概括出一些基本概念，定义为严格的物理量，再通过定量化数学研究来研究相关变量和瞬时关系，最终发现了运动三大定律和万有引力定律，为物理学理论体系的建立树立了成功的典范。
