《自然哲学的数学原理》（拉丁文：Philosophiae Naturalis Principia Mathematica），是英国科学家牛顿的代表作。成书於1686年。
当时英国皇家学会要出版这部书，但是凑不出适当款子，而皇家学会的干事胡克则声称万有引力的平方反比定律是他首先发现的，爱德蒙·哈雷出於气愤，提议牛顿写了这本书，并由他自费出版了牛顿的书，於1687年7月《自然哲学的数学原理》拉丁文版问世。1713年出第2版，1725年出第3版。1729年由莫特将其译成英文付印，就是现在所见流行的英文本。各版均由牛顿本人作了增订，并加序言。後世有多种文字的译本，中译本出版於1931年。该书的宗旨在於从各种运动现象探究自然力，再用这些力说明各种自然现象。
全书贯穿了牛顿和莱布尼兹分别独立发明的数学方法——微积分，不过牛顿称其为“流数”，这是牛顿的成就之一。它在科学史上占有非常重要的地位，因它标志著经典力学体系的建立。
但这本书的编纂过程中也体现了牛顿狭隘的一面，在编写第三捲时，牛顿删除了所有与胡克所作工作有关的内容，只因为胡克声称万有引力是由他发现的。
此書共有三冊。第一冊首先定義什麼是慣性、動量、力，然後陳述三個運動定律──即通常所說的牛頓運動定律（其實前兩個定律，Galilei、Descartes 就已提出；第三定律：作用力等於反作用力，則為牛頓的）。接著牛頓討論一些微積分的定理，但以古典的幾何方式加上極限的概念表現。介紹了新的數學工具後，牛頓就開始討論平方反比向心力與 Kepler 運動定律之間的互導、橢圓及橢圓運動的性質、各種擺線的幾何性質（和引力有關）、兩物體間因引力而起的運動（不假定其中之一因質量非常大而看成靜止）、球體對質點的引力（牛頓的煩惱）及三體運動等等。討論的方式是純數學式的，並不把所得的結果與自然的現象相印證。
第二冊所討論的是阻力之下的運動，是流體力學的開端。有些地方假定阻力與速度成正比，或與速度的平方成正比，或兩者的混合。由此可見牛頓有時喜歡做純數學式的演繹。
第三冊則把第一冊的數學結果用到自然現象上。譬如根據觀測，木星的衛星繞木星運行的確符合 Kepler 的面積律，因此由第一冊的結果得知，吸引衛星的引力應該是向著木星的。又因衛星也符合週期律，所以由第一冊的結果如此向心引力更遵行平方反比律。也就是說，吸引衛星的引力也符合萬有引力公式。用這種方式的推論，牛頓得到許許多多結果。有些結果可以解釋已知的現象，譬如潮汐、月球的不規則運動、歲差等等；有些則預測一些未知的現象，譬如人造衛星。
其實 Hooke 等人早也猜到平方反比律，但他們沒有良好的數學工具，所以推演不出 Kepler 的運動定律，更何況是其他的結果。牛頓擁有應付動力學的利器微積分，得以完成此一曠世巨著。就如其書名所示，這本書的主旨是用數學的語言來描述、來推敲自然的現象。哥白尼開始的科學革命，終於在牛頓的手中成了氣候，而為此後三百年的科學進展奠下深厚的基礎。
