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牛顿之前只有天文学，之后才有了天体物理学。传说他在自己的伍尔索普果园里看到苹果落下，顿时灵光一闪，想到月球也应该和苹果一样落下。如果这是真的，那么天体物理学便在此刻诞生了。也就是说，月球等天体并不像牛顿的前辈设想的那样，按照神明定下的轨迹在天空滑行，它们与一个明天就可能被鸟兽啃去一半、让人不屑一顾的苹果一样，都遵循着相同的物理定律。
这个思想的力量，在于我们可以用实验室中提炼的物理定律解释远在宇宙深处的天体。于是，牛顿的思想使我们在思维中旅行，穿过宇宙那超乎想象的广袤空间，观察遥远星系中心的巨大黑洞——而如今即使用上射电望远镜，也只能收到微弱的信号。
牛顿还从另一个重要方面奠定了天体物理学的基础：我们可以通过具有恰当定义的物理定律，得到精确的定量预测。因此，他不仅能对已有的观测做出一致的物理解释，还能 预测 未来可能观测到的结果。为此，他必须发明一种新的数学——微积分，用它的语言概括物理定律。牛顿时代之后，大部分物理定律便采用了微分方程的形式，它通过描述函数的变化率来确定函数。微分方程包含了给定物理情境的一切情况，我们需要根据初始条件找到表示特定情形的函数。例如，手枪打出的子弹的轨迹是牛顿方程 m d v /d t = F 的解。这个方程通常简化为 f = ma ，将速度（ v ）的变化率（即加速度）与力（ F ）联系了起来。牛顿方程适用于一切子弹和下落的苹果，也适用于月球，是个普适方程。月球、子弹、苹果之所以有不同的轨迹，是因为它们的初始条件不同：月球远离地心，运动速度非常快；子弹在地表附近射出，速度慢得多；苹果也在地表附近运动，但它一开始是静止的。不同的初始条件应用到相同的普适方程中，就得到了三条完全不同的轨迹。于是，牛顿发明的数学变身为有力的工具，我们由此确定是什么让不同的现象具有共性，又是什么让它们有所区别。
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