牛顿在《自然哲学的数学原理》一开头，就以极其精炼的语言提出一系列定义，为后面的运用奠定逻辑基础、其中有：“物理的量”“运动的量”、“物质固有的力”(按：即惯性)、“外加的力”等等．接着，又以公理的形式揭出了三大运动定律，即惯性定律、运动定律和作用反作用定律。其中运动定律是这样叙述的①，
“定律2．运动的改变和外加的力成正比。并且发生在外加力的那个直线方向上。”
正如前几节所述，牛顿这些概念和定律高度概括了前人的工作．
紧接着三个定律之后，牛顿提出了6个推论。推论1和推论2涉及力的合成和分解以及运动的叠加原理，推论3和推论4，得出了动量守恒定律，推论5和推论6，包括了伽利略相对性原理。这样，牛顿就把前人的各不相关的独立成果系统化．综合在一起，形成了有逻辑联系的整体．
在这个理论体系的框架中，有一些必不可少的基本要素。牛顿以注释的方式写在定义的后面，这就是他对空间、时间和运动的观点．
关于时间，他写道：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地，与任何外界事物无关地流逝着，它又可名为‘期间’；相对的、表观的和通常的时间．是期间的一种可感觉的、外部的或者是精确的，或者是变化着的量度，人们通常就用这种量度，如小时、日、月、年来代表真正的时间．”
关于空间，牛顿写道： “绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。相对空间是绝对空间的某一可动部分或其量度，是通过它对其他物体的位置而为我们的感觉所指示出来的，并且通常是把它当作不动的空间的。”
关于运动，牛顿写道： “绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对处所的移动．；
“真正的、绝对的静止，是指这—·物体在不动的空间的同一个部分继续保持不动。”
这就是牛顿的绝对时空观。牛顿引入绝对时间和绝对空间的概念完全必要的，由此可以提供一个标准来判断宇宙万物所处的状态，究竟是处于静止、匀速运动还是加速运动，才能使“力学有明确的意义”，（爱因斯坦语）
为了证明“绝对运动”的存在，牛顿举了水桶旋转的例子．他写道①：“如果用长绳吊一水桶，让它旋转至绳扭紧，然后将水注入，水与桶都暂处于静止之中。再以另一力突然使桶沿反方向旋转，当绳子完全放松时，桶的运动还会维持一段时间；水的表面起初是平的，和桶开始旋转时一样．但是后来，当桶逐渐把运动传递给水，使水也开始旋转。于是可以看到水渐渐地脱离其中心而沿桶壁上升形成凹状(我曾作过这一试验)。运动越快．水升得越高．直到最后，水与桶的转速一致，水面即呈相对静止．水的升高显示它脱离转轴的倾向，也显示了水的真正的、绝对的圆周运动．这个运动是可知的，并可从这一倾向测出，跟相对运动正好相反。在开始时，桶中水的相对运动最大，但并无离开转轴的倾向：水既不偏向边缘，也不升高，而是保持平面，所以它的圆周运动尚未真正开始。但是后来，相对运动减小时，水却趋于边缘，证明它有一种倾向要离开转轴．这一倾向表明水的真正的圆周运动在不断增大，直到它达到最大值，这时水就在桶中作相对静止．所以，这一倾向并不依赖于水相对于周围物体的任何移动，这类移动也无法定义真正的圆周运动。”
这就是著名的“水桶实验”．牛顿用这个例子雄辩地论证了“绝对运动”概念的合理性．
牛顿关于“绝对空间”和“绝对时间”的概念，为他的运动理论提供了一个有效的时空框架．这种绝对时空观，在承认空间和时间的客观性质上是正确的，但由于把空间和时间看做是与物质运动无关的，因而具有很大的局限性。
因为绝对时间和绝对空间毕竟是人为的假设，经不起实践的检验和严密的审查。二百多年来，引起过不少人的怀疑和争议．到了19世纪末，奥地利物理学家马赫(Ernst Mach，1838—1916)在他的《力学史评》中探刻地分析了牛顿力学的基本概念以及由其反映的机械自然观，作出了深入的批判。
