外婆已經有些孱弱了，這是小牛頓近些日子來才有的深切感受。花白的頭發，布滿皺紋的臉和長著老繭的手，外婆真的是老了。牛頓在那裏呆呆地看著外婆，真的有種將要落淚的感覺。外婆也同樣擔心這個從沒有離開過家的孩子，感覺他這麼小就要離開家，真是一件苦事，如果可能真希望他能留下來，但又覺得這是不可能的，因為這是女兒對外孫的安排。是呀，祖孫二人在一起生活已有十幾個年頭，二人好像都對對方有了依賴，真要分開確實是件令人傷心的事。在牛頓將要動身去鎮上的前夜，外婆傷心、擔憂的感覺已經達到了極點，拉著小牛頓的手千叮嚀、萬囑咐，從接人待物到吃飯睡覺，反正把她想到的都對牛頓做了交代。
日子過得真快，很快小牛頓已是一名12歲的中學生了。牛頓離開了外祖母寄宿到鎮上的克拉克親戚家。在這裏克拉克家為他提供了良好的學習和生活環境。他從藥劑師克拉克先生的試驗室裏發現了自己對實驗的熱愛，他將學校圖書館大量圖書中吸取來的知識運用到生活中來。
一次，他把克拉克的妻弟給的木盒子做成了鍾罩，它大約有4英尺高，在頂部表盤上用數字表示鍾點。這個水鍾是由一塊木頭驅動的，再做兩個水槽，依據滴漏原理，木塊隨著水滴的節奏交替上升、下降，這樣就能在刻度盤上讀出時間了。
顯然，小牛頓這項發明，當時在克拉克家引起了不小的轟動，並且經過實踐證明，這項發明是準確和實用的。這架水鍾就擺在牛頓的房中，每天早晨牛頓都要依據這個水鍾的指示時間來上學，有時克拉克家的人也偶爾來到樓上看看時間。除了水鍾，牛頓製作的另一個有趣的東西是日晷。
可是這樣的自由念書的日子並沒持續多久。同年的一天，改嫁的母親來信勸牛頓棄學回家，因為他的繼父不幸去世了，留下了母親和繼父的兩個女兒及很多田地，家裏需要幫手。
母親決心把自己繼承的和經營的村裏人認為是可觀的家產留給牛頓，而此時最應做的是盡早把牛頓培養成一個合格的農場主。她讓他不僅繼承這份家業而且把這份家業發揚光大。顯然，這個一廂情願的計劃後來未能如願。牛頓已完全被學習“迷住了”，對農活一點都沒有興趣。雖然他沒有拒絕擔當起家庭義務，並努力的為母親分擔家務，但是毫無疑問，精神上的追求與瑣碎的農活此時已經衝突得越來越激烈。
2.暴風雨中的試驗
1658年9月3日，一場罕見的暴風雨侵襲了英格蘭，伍爾索浦這個小村也同樣浸在風雨中。狂風怒吼，遠近的一切都仿佛要順著一個方向飛出去。牛頓家的房子也在風雨中搖晃著，好像要倒了似的。前院後院的件件物品更不用說了，一件一件地加入了風的行列。
漢娜這個中年人也是頭一次見到這麼大的風，這個當然的一家之主忙亂地在風中搶救著家裏的一切，快被風吹毀的籬障、已經傾斜的柴草垛和各種農具。勤快的漢娜冒著狂風艱難地穿梭著。
“哦，伊薩克!快，快幫我把後院的牲畜圈的柵欄門關緊，一旦吹開，牲畜就跑出去了，快!”
經過一段時間的“戰鬥”，漢娜終於把一切都安頓好了，拖著疲憊的身體，艱難地回到了房中。
“啊，伊薩克呢?”
漢娜望著臉上略帶著些驚嚇的牛頓的弟弟、妹妹，臉上帶著茫然。
“伊薩克上哪裏去了?我讓他去關牲畜柵欄門，應該早回來了。”
“哥哥一直沒回來!他會不會出事呀，媽媽!”
這句話使漢娜的身體不由自主地一震，恐懼戰勝了疲憊，漢娜不顧一切地再一次衝出家門，去尋找牛頓。當她來到後院時眼前的一幕使她驚呆了。
她倔強的兒子，在暴風雨中，一會兒逆風跑，一會兒順風跑，登在石階上，一會兒順風跳，一會兒逆風跳，並不時地把跳的地方做上標記，為了接受更大的風力，他索性敞開了鬥篷，奮力向上跳躍。然而天公卻不理會他這些，狂風夾著雨水瘋狂地瀉在這並不強壯的身軀上，在風雨中那張本來清瘦的臉孔顯得更加可憐，叫人心疼。但此時的牛頓那雙執著的眼睛在風雨中卻是越發明亮，他早已忘記了寒冷，忘記了恐懼，更把回家的事忘到了腦後。
這是做什麼呢?原來，他是趁這個機會，測量風的速度和風吹動的力量。當時的牛頓，哪管什麼狂風暴雨，更不會想到家中的農作物、家畜會不會受到風災雨害的。他隻是一心一意地，在狂風暴雨中，冒著生命的危險，實驗風速和風力。通過牛頓這次“暴風雨中的試驗”，漢娜媽媽更加清楚地認識到讓牛頓回家幫助自己幹農活，將來當一名農莊主這個計劃是錯誤的。因為牛頓完全被學習與研究迷住了，對於農活毫無興趣。她找來牛頓的兩個舅舅商量，大家一致同意讓牛頓繼續求學。
這年秋天，牛頓再度回到格蘭桑的學校讀書。
大風暴雖然造成嚴重的大災害，卻也給牛頓的一生帶來了重大的轉變。
1661年，18歲的牛頓經過奮力攻讀，終於以優良的成績從金格斯中學畢業，並以“減費生”的身份考上著名的劍橋大學。“減費生”是人們對那些得到某些優惠的窮學生的稱呼。這些學生在學校可以獲得免費午餐。
當然這些優惠對於那些家境優越的富家子—弟來說是不屑一顧的，隻有那些家境貧寒的學生才來爭取這樣的資格。他們要通過為在校的其他人的服務來獲得減免學費和免費就餐的機會。牛頓就是這群“減費生”中之一，他也要通過為其他人服務來獲得免費用餐，這樣的半工半讀生活在牛頓的大學時代持續了很長的一段時間。
按理說牛頓的家境還算可以，如果家裏全力以赴地為牛頓負擔學費，他完全可以不用過這種半工半讀的生活。但牛頓的母親漢娜不想因為牛頓的入學而使家庭承受這麼大的負擔，她更希望這個不太聽話的孩子接受更多的生活考驗，體驗自力更生的勤工儉學的生活。斯托克校長對待牛頓就像慈父一樣，他綜合考慮了牛頓的學習狀況和家庭狀況後，決定讓牛頓報考三一學院。他看中了三一學院不僅有著優秀的教授指導，更重要的原因是該學院有減費生製度。
雖然在入學前牛頓便對即將到來的大學生活有著一定的心理準備，但減費生的清苦生活還是給他帶來了不小的壓力。這種壓力不僅是肉體的疲勞，更重要的是精神壓力。精神壓力主要來自兩方麵。首先在三一學院新來的學生中就像許多富家子弟普遍瞧不起“減費生”這項活計一樣，他們也時常對減費生報以白眼。牛頓雖然對於這些在一定程度上能夠容忍，但有些時候對於那些比自己年紀小(1661年夏天，牛頓已快滿19歲，比同屆的同學要大一至二歲)的同學不尊重自己的行為也時常感到不快。但更為影響他心情的是由於要邊勞動邊學習，明顯感覺到時間不夠。
困苦的磨難對於一個人有兩種結果，或是被困難嚇倒，一蹶不振；或是像寶劍與磨刀石一樣，在困難麵前，越磨越利。牛頓便是後者，隻要是他選擇和認準的事情他都會持之以恒地努力著。他對在他的同學中流行的喝酒、賭博和其他常見的怪癖都不屑一顧，他喜歡呆在宿舍中或教室裏，躬身於書本，想把自己渴求的知識盡快地掌握在手中。
記得有一次，牛頓還在教室中看書，這時一個朋友急急地跑來告訴他，他忘記了為其他學生準備晚餐(這是減費生的職責)。牛頓急忙跑向了食堂，但為時已晚。他被叫到了院長辦公室，但結果卻讓他有些意外。院長說早就注意到了牛頓，他很高興學院中有這麼用功的學生，他不準備懲罰牛頓，相反準備讓牛頓做較輕鬆的減費生工作，做研究學者的仆役生，這樣他便有更多的學習時間了。
3.從“減費生”到“公費生”
初來劍橋大學三一學院的牛頓做過“減費生”，在這期間他為比他小一到二歲的同學準備過用餐，他打掃過學院的庭院，他清潔過廁所、教室，他幹過所有“減費生”需要幹的活計。雖然有些辛苦，但牛頓對此卻並沒放在心上，他更關心的是自己是否有機會獲得更多的學習時間。有時他正在圖書館查資料，資料還沒查完，一看開飯的時間到了，牛頓就得急急忙忙放下手中的事向飯堂跑去。後來他的認真求學的態度感動了院長，在院長的幫助下他獲得了“仆役生”的資格。“仆役生”也同樣需要通過勞動來換取減免學費和免費就餐的資格。牛頓要為一名教授做仆從，但幸運的是他的導師每年隻有5周的時間住在劍橋的寓所中。這樣牛頓便有更多的時間供自己支配，他可以把更多的精力用於學習。
牛頓的時間是寶貴的，他在通往科學聖殿的旅途上躬身前行，把生命的火焰燃燒到了極限。他不願浪費一絲光陰，就連一秒的分神都令他心痛。在同學們郊遊、打撲克、下棋、甚至唱歌、下酒館時，牛頓把自己能支配的所有時間都用於學習。時間對於他是那麼的寶貴，每天要做什麼，安排得緊緊張張，不留一點空餘時間。就這樣牛頓還感覺時間不夠用，他真希望能有更多的時間用於學習。
為了能夠少些其他人的打攪，牛頓決定找一個清淨的地方，以能更專心地去讀書，但一個人找個地方住要多花不少錢。正當牛頓舉棋未定時，他遇到了一個誌同道合的朋友，並開始了長達將近20年的友誼。這個人是曼徹斯特文法學校校長的兒子約翰·威金斯。日後約翰·威金斯給他的兒子講述了當年自己和牛頓的一次偶遇。一天，在與吵鬧的室友爭吵後，沮喪的威金斯從屋裏出來散散心。一出門，他就碰上了同樣沮喪的牛頓，牛頓也同樣在為室友的問題苦惱，“他倆很快就達成了共識，決定擺脫目前不守規矩的室友，搬到一起。他們盡快達到了這一目的，這一狀況一直持續到我的父親離開學校。”但遺憾的是約翰·威金斯從沒寫下有關牛頓這一創造高峰時期的珍貴回憶。
1663年牛頓在題為“一些哲學問題的思考”中在第一頁寫下了開拓性的句子：“柏拉圖是我的朋友，亞裏士多德是我的朋友，但真理是我更偉大的朋友。”牛頓接觸的這些新的理論全都令他陶醉不已。不論是最大的還是最小的物體都令他著迷。在接受新思想的同時他還批判地接受了一些古代哲學家的觀點，如德謨克利特的原子理論。牛頓在筆記中寫道：“第一物質是原子，這種物體小得看不見。”
通過學習，他不相信亞裏士多德及其追隨者所信賴的感覺，他對伽利略提出的實驗方法更感興趣。牛頓在筆記中寫道：“從物體之間的相互作用歸納出來的事物的本質，必然比隻憑感覺猜測出來的更準確、更合理。”這種理論樹立後，牛頓如果對自然現象提出質疑時，他就會利用這種新的科學方法以及它的基本步驟——收集資料、提出假設、進行實驗來驗證或推翻這個假設。
1664年，牛頓更加堅定了自己關於對自然世界的認識觀，他加入了一個知識分子團體。這個團體的成員都相信宇宙就像中世紀的城市鍾樓上的大鍾一樣，他是合理的機械原理所控製的，自然界的秘密隻有用科學的方法才能揭示出來。這些理論現在對於我們來說沒有什麼，好像在我們的觀念裏早已經樹立起來了，但對於當時牛頓生活的年代，這些想法不可不說是人類對自然認識的一大進步。在顯現進步的同時他們的認識也具有一定的局限性，他們，包括牛頓都認為，自然界內部的和諧都是神創造的。原子和機械理論無論有多麼了不起，都無法與造物主的知識和智慧相媲美。