在炼金术的发展过程中，炼金术士们创造了各种秘密的记号、符号和术语，用于记录他们的炼金过程。由于黄金这一贵金属的诱惑和炼金术本身的神秘性，这些记号、符号或术语就如同密码一般，拥有许多体系，因人而异。炼金术士们用非常神秘的，甚至怪异的语言描述他们在炼金过程中所观察到的物质，并且对它们加以分类。这实际上就是早期化学的雏形。
牛顿时代是科学昌明之前的梦寐时代，也是炼金术的全盛时期。包括牛顿在内的许多科学家，都对“点石成金”的炼金术深信不疑。着名科学家波义耳就相信，人们可以通过人工促进的办法将普遍存在的铜、铁等金属转化为十全十美的黄金。不过，由于江湖骗子的活动，大多数人对炼金术都没有什么好感，认为那不过是骗子骗钱的勾当。
波义耳也是一个将化学从炼金术中解脱出来的一个关键人物。他抨击了古代哲学家们提出的“四元素”和“三元素”学说。“四元素”学说指出，指宇宙万物皆是由“水”、“火”、“土”、“气”4种元素组成的。这种发端于古希腊时代的学说曾长期在科学界占据统治地位，影响了人类科学的发展。
“三元素”学说的提出要比“四元素”学说晚得多，影响也小得多。16世纪，瑞士职业医生帕拉塞斯在长期的炼金活动中得出结论：万物皆是由盐、硫和水银3种物质以不同的比例构成的。他认为，水银是挥发的液体元素；盐是不挥发，不易燃烧的元素；硫是易燃烧的元素。物质中某一元素成分的多寡决定了该物质的性质。
十分明显，不管是“四元素”学说，还是“三元素”学说，都是错误的。但这两种错误的学说曾在科学昌明之前影响了人类数千年。
波义耳不但抨击了这两种错误的学说，还奠定了现代化学的基础。他认为：化学不是那些炼金术士和医生应该做的事，而是自然哲学的研究对象；化学所真正寻求的也不是制造贵金属和有用药物的实用技巧，而是应该从那些技艺中寻找一般的普遍原理。尽管他本身也从事了很多炼金活动，但他的工作极大地刺激了化学作为一门独立学科的发展。
和当时的许多科学家一样，牛顿的恩师巴罗院长也是一位炼金术士。当时，剑桥大学三一学院有一个秘密存在的炼金术团体，巴罗院长和另外一位哲学家是这个秘密团体的中心人物。他们积极怂恿英国的出版商搜集和出版有关炼金术的典籍，以便逐渐形成一种新的炼金术理论。
牛顿便是在巴罗院长的怂恿下开始接触炼金术的。有一天，巴罗院长神秘兮兮地来到牛顿的宿舍，低声对他说：
“嘿，艾萨克，你知道炼金术吗？”
牛顿回答说：
“是的，先生。不过我并不十分了解它。我知道波义耳先生写了《怀疑的化学》和《形式和质料的起源》。”
《怀疑的化学》和《形式和质料的起源》是波义耳的两本有关化学的着作，不过，其中掺杂了大量有关炼金术的神秘内容。牛顿曾认真阅读过这两本书。
听到牛顿的回答，巴罗院长微笑着点了点头，慢条斯理地说：
“艾萨克，你是一个非常聪明、非常有前途的年轻人！不过，你现在还不够全面，所以我认为你应该花精力去研究一下炼金术。”
牛顿大吃一惊，反问道：
“什么？让我研究炼金术！可是，我觉得炼金术似乎对我帮助并不大。”
巴罗笑着说：
“年轻人，我的艾萨克，你错了。炼金术是一门很有用的学问，炼金术士也不都是江湖骗子，那只是些贪图钱财的可耻的家伙，没准你能从中解决许多别的方法不好解决的自然哲学问题呢！或许，你真的可以将普通金属转化为贵金属呢！”
牛顿思索了一会儿，喃喃道：
“真的这么神奇呀！那我就试试吧。”
（四）
在巴罗的引荐下，牛顿加入了三一学院的秘密炼金术团体——玄术会。对像牛顿这样的伟大科学家来说，加入玄术会这样带有宗教神秘色彩的组织确实是一件令人感到匪夷所思的事情。但如果把这件事放在当时特殊的社会背景之下，并结合牛顿独特的性格来看的话，就不难解释了。
一方面，炼金术在17世纪几乎在英国掀起了全民狂热；另一方面，在物理和数学上对自然的探索似乎根本不能满足牛顿研究科学的需求。因此，他才参加了炼金术士的行列，希望能在科学上达到更高的高度。
牛顿买了一批化学药品，其中包括硝酸、水银的升华物、二氧化汞、锑、酒精、硝石以及其他许多东西。然后，他又在巴罗院长的帮助下，获准在花园角落里的两层木楼里建设一个小实验室。小木楼的位置比较隐蔽，而且已经有些年月了。平素里，那里很少有人来往，只有园丁会偶尔出现在门前。
接着，牛顿又花15个先令，买了一些建造熔炉的设备。可能是为了省钱，也可能是为了保密，牛顿没有找专门的泥瓦匠为他建造熔炉，他打算自己动手。这位精于计算的科学家先在笔记本上画了草图，并修改了多次。他经常喃喃自语道：
“我能行，我一定能行。”
一天晚上，牛顿趁着夜色，弄了一些石灰，又找了许多烂砖头，开始建造炼金实验室了。虽然牛顿在伍尔兹索普的故乡曾亲手建过房子，又画了草图，但真正建起熔炉来依然十分吃力。他砌着砌着，感觉和草图相差太大，便将其推倒，重新开始，然后又推倒，又重新开始……如是反复好几次，他终于勉强建起了一座简易的熔炉。
炼金实验室建好了，牛顿便开始了看起来荒唐，但实际意义十分重大的化学实验。由于牛顿的化学知识并不多，他不得不一边阅读炼金术着作，一边进行实验。从亚里士多德到帕拉塞斯，从波义耳到巴罗，牛顿都进行了认真的研究。
做实验是一件极其辛苦的事情，但牛顿不怕辛苦。晚上的时候，他很少睡觉，甚至连打个盹的时候也不常见。这位精力旺盛的科学家通常整宿整宿地呆在实验室里，目不转睛地盯着烧得通红的熔炉。
受到波义耳等人的影响，牛顿逐渐从炼金术与原子论的结合之中形成了自己的化学思想。从严格意义上说，牛顿并不是一个单纯的化学家。他研究炼金术只有两个目的，一个是从中得到十全十美的黄金；另一个便是为物理问题或其他问题提供支撑。
在将近30年的炼金生涯中，牛顿始终没能实现第一个目的，也不可能实现。从某种意义上说，他的第二个目的实现了。比如，他通过炼金术了解了一些合金的性质，这对他寻找适合磨制透镜的合金材料具有很大的帮助。
因此，牛顿认为化学是整个自然科学的基础。通过化学，科学家们可以对重力、光学等物理问题进行因果关系的研究。在他的传世之作《自然哲学的数学原理》和《光学》之中，对物质结构的详尽描述也能从侧面反映出牛顿对化学的研究。
牛顿是原子说的忠实拥护者，他在光学上偏向于微粒说便是一个明证。但在光和颜色理论上同胡克和惠更斯等人发生争论之后，不大自信的牛顿明显地开始向以太学说妥协。而这种妥协倾向带来的结果就使得牛顿在一定程度上偏离了原来所持的原子论观点。他的这种倾向在其化学实验，或者说炼金活动的结论中有比较明显的表现。
1675年12月7日，牛顿在给皇家学会秘书奥登伯格的信中写道：
或许自然的整个结构只会是按一种发酵原理凝聚的以太，只会是某种以太精或蒸汽像沉淀所形成的那样凝聚成各种结构，很像蒸汽凝聚成水或呵气凝聚成较粗大的物质那样，尽管这样并不容易。凝聚之后形成不同的形状，起初由创世主直接经手，以后则一直由自然力造成。那是因指令而增加和增殖的，使其变成按原性质进行复制的完善的仿造者。于是，或许一切事物都起源于以太。
由于向以太说的妥协，牛顿的思想发生了一些变化。他认为，各种物体经过一定的变化会转变成气体，无机物和生物也是如此。他又认为，金属和矿物起源于气体，并最终转化为最稳定的大气。
不过，随着对力学研究的不断深入以及万有引力定律的最终发现等原因，牛顿又放弃了以太说的物质观，重新回到原子说的立场上。这说明，牛顿并不是一个固执己见的人，而是一个相信事实和实验结果的真正的科学家。