牛顿是唯一能将理论、实验、数学完美结合的人。
——爱因斯坦
牛顿单凭光学方面的成就，牛顿就已是科学上的人杰了。
年，牛顿整理并发表了他对光的研究的论文。在论文中，牛顿明确地指出白光是由各种色光复合而成。这一发现今天看来很寻常，然而它却是人类历史上并不太多的值得大书特书的伟大科学成就。这一发现不仅揭开了颜色之谜（在此之前，人们认为白光是最简单的，各种色光是复杂的），而且它也为对颜色的研究摆脱了视觉的主观印象而上升到客观定量研究奠定了基础。定量化既是物理学的一个显著特征，也是物理学能持续发展的基础和动力。牛顿对牛顿环的令人啧啧称奇的定量研究，为波动光学在十九世纪的蓬勃发展打下了坚实的基础。
牛顿的光学研究是从色差开始的。什么是色差呢？不同颜色的光通过透镜时发生偏折的程度不同。这一点会致使从物方一个点射到透镜的不同颜色的光，经透镜折射后不是会聚到一个点，而是形成一个色斑。这种因不同颜色的光通过透镜偏折程度不同所导致的像差，叫色像差，简称色差。色差导致物体经透镜折射成的像模糊不清，它是当时透镜折射成像的一个重大缺陷。牛顿在进行天文观测时就常被望远镜的色差困扰。
牛顿是第一个科学定量地解释彩虹的人想要消除色差，首先就要弄清楚颜色是啥回事。在前人三棱镜分光实验的基础上，牛顿隔离出一种颜色的光，如红光，让它再次通过三棱镜，发现颜色不变。这也就破解了当时人们所认为的色散是白光通过玻璃时被玻璃染上颜色的说法。接着，牛顿又用另一个三棱镜将色散开的七彩阳光又复合成白光。不仅如此，牛顿还按七彩阳光中各种色光的带宽做了一个七彩转盘。人们发现，当转盘高速转动时，七彩转盘神奇地变成了白色转盘。这样，他就使人们确信白光由七种在玻璃中偏折程度不同的不同颜色的光组成的。
揭开了颜色之谜并弄清楚了望远镜产生色差的原因之后，牛顿意识到折射式望远镜的色差是无法不可能完全消除的。考虑到不同颜色的光在发生反射时，反射角都等于入射光，即反射不存在色散现象，牛顿决定发明一种以反射为基础的望远镜。
反射式天文望远镜为了制造反射式望远镜，牛顿亲自设计并制造了研磨抛光机。牛顿研磨了多种材料。在这一过程中，牛顿展示出了他在设计、机械制造方面的天才。牛顿开发的研磨抛光技术，直到今天还在使用。
韦伯太空望远镜年，牛顿制作出第一台反射式望远镜。这台望远镜是之后全球所有超大型望远镜，如著名的哈勃太空望远镜的鼻祖。折射式望远镜之所以很难做大，是因为研磨大尺寸的透镜太困难。反射式天文望远镜是牛顿在光学方面的又一个重大成就。
后来人们又发现，利用不同材质玻璃的色散本领不同，将其中某些种类玻璃制成的凸透镜与另外某些种类玻璃制成的凹透镜组合起来（对光的总的偏折作用，仍相当于一块凸透镜），可在一定程度上减小色差。拿助视光学仪器的镜头来讲，适当组合，可消除波长.3纳米的红光和波长.1纳米的蓝光（人眼对这两个波长附近的光最敏感）的色差。虽然其它的色光，包括其它波长的红光和蓝光，仍有剩余的色差，但对观察的影响已可忽略。
摄像头的镜头是透镜这一发现不仅挽救了折射式望远镜，大大改进了折射式望远镜和显微镜等的成像质量，而且令发明者没有想到的是，这一发明居然对几百年后人们的日常生活产生了巨大的影响。现在的手机、相机、摄像机、投影仪、显微镜等的镜头，都是高质量的消色差凸透镜。没有高质量的消色差透镜，手机不可能拍出高质量的照片，电视、电影等也不会那么精彩。
消色差透镜的发明，令透镜从“丑小鸭”脱变为了“白天鹅”。消色差透镜发明与改进的历史表明，对一些存在像透镜色差一样的从原则上讲都不可能从根本上消除“污点”的玩意儿，适当除除污，也许就能令它浴火重生。“运气”如果特别好，甚至有可能创造出像消色差透镜一样改变人们日常生活的奇迹。
拓展题：
由牛顿三棱镜光的色散实验可知，在入射角相同时，从红到紫，光偏折的角度逐渐增大。因此，一束与主光轴平行的阳光经非消色差凸透镜折射会聚后，从红到紫不同颜色的光的会聚点离透镜的距离逐渐变小。这表明通常的非消色差透镜，对高频率的可见光（如紫光）的会聚本领比对低频率的可见光（如红光）大。现假定有一点光源只发两种频率的光，一种红光一种紫光，试借助透镜的三条特殊光线分析，在此点光源沿非消色差薄透镜的主光轴从无穷远处向透镜靠近的过程中，两种单频率色光的会聚点间距的变化情况，并据此推测非消色差透镜成实像时的色差与物距的关系。