Matemáticamente se expresa así: F = G (m₁ · m₂ / r²). En esta formulación, F es la fuerza de la gravedad, m₁ y m₂ son las respectivas masas de los cuerpos y d la distancia entre ellos. La magnitud obtenida debe multiplicarse por G, constante gravitatoria que tiene un valor muy pequeño (6,67 × 10^-11). De ahí que la atracción no sea perceptible entre los objetos de la vida cotidiana; es preciso que al menos uno de los cuerpos tenga una masa ingente, como es el caso del nuestro planeta (5,974 × 10²⁴ kg).

La gravedad, por consiguiente, es una atracción recíproca o una vía de dos sentidos entre dos cuerpos. Una piedra cae al suelo porque la fuerza de la gravedad terrestre la atrae hacia abajo (la masa de la Tierra es muchísimo mayor que la masa de la piedra). La piedra también ejerce una atracción sobre la Tierra, pero tan pequeña que carece de efecto. Sin embargo, cuando dos cuerpos de gran masa tienen tamaños más semejantes, esta doble atracción resulta más notoria.

Es lo que se observa, por ejemplo, en el caso de la Tierra y la Luna. La fuerza de la gravedad de la Tierra mantiene a la Luna en una órbita alrededor de ella. Si la Luna no estuviese sometida a ninguna fuerza, seguiría un movimiento rectilíneo uniforme o estaría en reposo; la combinación del movimiento en línea recta y de la fuerza de atracción explica la órbita de la Luna. Pero, así como la Tierra ejerce una fuerza de atracción sobre la Luna, ésta ejerce una fuerza de atracción sobre la Tierra. Ello explica el movimiento del agua que fluye libremente en los océanos: el agua es atraída hacia el lado de la Tierra que queda frente a la Luna; es lo que se llama marea alta o pleamar.

Las leyes de Newton permiten describir y predecir con exactitud los movimientos orbitales de cualquier cuerpo celeste, ya sea un planeta, un cometa, un asteroide, un satélite artificial o una nave espacial. Sin embargo, la solución aportada por Newton al describir la ley de gravitación universal, funciona de manera ideal cuando sólo hay dos cuerpos involucrados (como la Tierra y la Luna). La situación se hace increíblemente compleja cuando hay tres o más fuerzas separadas actuando entre sí al mismo tiempo y todos los astros se mueven a la vez. En tal caso, cada astro se encuentra sometido a pequeños cambios que se conocen como perturbaciones.

Con la Ley de gravitación universal, Newton mostró que todos los cuerpos, próximos o lejanos, están sujetos a las mismas leyes, y que tales leyes pueden demostrarse en términos matemáticos con una única teoría que permite explicar y predecir tanto los movimientos en la superficie de nuestro planeta como las órbitas de los astros; la grandeza de su genio reside precisamente en este admirable logro: la unificación de la física terrestre y la mecánica celeste.

Dentro de la física newtoniana es preciso destacar también un aspecto que ocupó una parte importante de sus discusiones con Leibniz: el espacio y el tiempo se definen como entidades absolutas, sin relación con ningún objeto externo. La dinámica de Newton define un único sistema de referencia para el reposo y el movimiento que no está en relación con ningún cuerpo, y el tiempo no se define por ningún proceso físico. Esta concepción imperó en el pensamiento científico moderno hasta que, a principios del siglo XX, Einstein formuló la teoría de la relatividad.