In fizica, cele mai de seama descoperiri se fac atunci cand cineva reuseste sa inteleaga ca unele fenomene aparent diferite au la baza aceleazi cauze. Unul dintre marii „unificatori” a fost Isaac Newton. El a fost primul care a demonstrat ca atat caderea obiectelor pe suprafata Pamantului, cat si miscarea de rotatie a Lunii in jurul nostru, miscarea de rotatie a planetelor an jurul Soarelui sau traiectoriile ciudate ale cometelor sunt toate guvernate de una si aceeasi lege: a gravitatiei universale. p9l20lm
Totusi, ideea a fost formulata clar abia in anii 1680, cad pregatea manuscrisul cartii sale principia, adica la aproximativ 20 de ani dupa ce o vaga banuiala il facuse sa se gandeasca la o asemenea posibilitate. La sfarsitul vietii, Newton a spus ca incepuse sa se intrebe daca n-ar trebui luata in considerare posibilitatea prabusirii Lunii pe Pamant atunci cand observase caderea unui mar din pom.
In 1666, el a studiat miscarea circulara, sesizand ca forta care actioneaza asupra unui corp ce se rotesteeste invers proportionala cu patratul distantei dintre acesta si punctul in jurul caruia se roteste. La un rezultat identic a ajuns si Chiristiaan Huygens, care si-a publicat concluziile in 1673, in Horologium oscillatorium. Newton a incercat sa aplice acest principiu sistemului Pamant-Luna si celorlalte planete. A inteles astfel ca miscarea Lunii poate fi vazuta ca rezultat a doua componente: tendinta de cadere pe Pamant si tendinta de a se misca in linie dreapta. Ambele miscari fiind simultane, rezultanta lor era traiectoria aproape circulara a Lunii. In absenta Pamantului, traiectoria acesteia ar fi fost rectilinie. Curbarea traiectorie este consecinta atractiei gravitationale exercitate de Pamant.
In primul rand Newton a determinat deviatia traiectoriei Lunii fata de o linie dreapta. Apoi a comparat forta ce actiona asupra ei cu forta ce actiona asupra unui corp de pe Pamant. A stabilit ca un corp care acde pe suprafata Pamantului, parcurge in prima secunda o distanta de 490 cm, in timp ce Luna se abate de la traiectoria rectilinie -; „cazand” spre Pamant -; cu peste 366 cm in decurs de o ora. Daca Luna s-ar fi afalt langa suprafata Pamantului, ar fi cazut intr-o ora cu 490 x 3600 cm. Ajuns in acest punct, Newton a facut o paralela intre concluzia la care a sjuns si legea fortei invers proportionale cu patratul distantei, obtinuta din observarea corpurilor terestre aflate in miscare de rotatie. Rezultatul a fost ca, din moment ce Luna se afla la o distanta de aproximativ 60 de raze pamantesti de Pamant, acceleratia gravitationala care actioneaza asupra ei este de 3600 ori mai mica, ceea ce corespunde aproximativ rezultatelor bazate pe observatii.
Newton a ajuns la concluzia ca Luna si planetele sunt mentinute pe orbite de forte invers proportionale cu patratul distantei dintre ele si centrele lor de rotatie. In 1645, astronomul francez Ismael Boullian facuse o sugestie similara (fara a-si demonstra teoria), sustinand ca planetele ar putea fi tinute pe orbite de o forta invers proportionala cu patratul distantei dintre ele si Soare.
Dupa 1666, Newton s-a orientat un timp spre optica si chimie. In 1679, cand Robert Hooke l-a rugat sa demonstreze ca o planeta se misca pe o orbita eliptica daca este sub actiunea unei forte invers proportionale cu patratul distantei dintre ea si Soare, interesul lui pentru astronomie renaste. Rezultatul obtinut in anul acesta a fost dovada matematica a miscarii eliptice, care nu i-a fost prezentata niciodata lui Hooke.
De ceasta problema au mai fost interesati si altii, precum Christophore Wren sau Edmund Halley, dar nici unul dintre ei nu a solutionat-o. In 1684, Halley, care era secretarul Societatii Regale, l-a vizitat pe Newton pentru a-l intreba ce forma ar putea avea orbita unei planete aflate sub incidenta legii raportului invers proportional cu patratul distantei. Raspunsul lui Newton a venit imediat: „Elipsa, pentru ca am calculat-o”. Halley l-a rugat sa-i arate calculele. Newton i-a spus ca-si ratacise hartiile, dar ca se va apuca sa refaca toate calculele.
Cateva luni mai tarziu, Halley primea de la Newton o lucrare intirulata De motum corporum in gyrum (Despre miscarea corpurilor care se rotesc) pe care a prezentat-o Societatii Regale. Interesul aratat de Halley fata de aceasta problema l-a indemnat pe Newton sa-si dezvolte ideile. Astfel, in urmatorii doi ani si jumatate a scris Principia. Halley a editat capitolele de manuscris ce i-au fost trimise si le-a publicat, la un moment dat angajand doi tipografi pentru a grabi procesul de tiparire. Deoarece pe vremea aceea Societatea Regala nu dispunea de fonduri, el a platit publicarea Pricipiei din propriul buzunar.
Pana ca Principia sa vada lumina tiparului, intr-una din primele faze ale elaborarii, Hooke a constatat ca autorul nu facuse nici o conexiune intre numele sau si legea raportului invers proportional cu patratul distantei, lege pe care considera ca o descoperise inaintea lui Newton. Ca atare, Hokke, care nu-si demostrase niciodata teoria pe cale matematica, l-a atacat pe Newton, de aici rezultand o vrajba inversunare si de lunga durata.
Publicarea Principieii s-a incheiat la sfarsitul anului 1687. spre deosebire de Galilei, care si-a scris cartile in limba italiana, Newton o scrisese pe aceasta in limba latina.