光究竟是什么？光的折射、反射、弯曲和颜色说明什么问题？光是靠什么传播的，又是怎样传播的等等，这些问题都是当时物理学家极力探究的问题，因为只有搞清楚光的本性，光学研究上的一些现象才能得到合理的解释。
当时对光的本性的认识，已形成很多种不同观点，但归纳起来主要是两种对立的观点：一种是“波动说”，认为光是一种波，是由发光体引起以太媒质的振动造成的，胡克、惠更斯是这种观点的代表人物；一种是“微粒说”，认为光是一种物质，一种极其细小的微粒，由发光体连续不断地以极快的速度向外发射造成的，但这种微粒的传播也离不开以太。
这两种观点的共同之处就是都承认“以太”的存在，都把以太作为光的传播媒质。
那什么是以太呢？“以太”是亚里士多德时代提出的概念，由于得不到充分的证明而一直以假说形式存在。虽然如此，它在12世纪初之前却一直统治着所有科学家的头脑。要研究宇宙中的问题就离不开以太，在光的研究上同样如此。
笛卡尔认为，以太是一种充满空气的间隙和透明物体的孔隙的稠密而精细的媒质，它由极其细小的球状物体所组成，这些小球铺展成一条紧密相连的带，沿着这些小球相继传播开来的运动就是光和色的基础。当然不同的科学家对以太也有不同的解释，对以太作为媒质传播光的方式的解释也各有不同。但无论如何，都承认以太的存在。为什么不能抛弃以太呢？这是因为微粒说和波动说都把光的传播和声的传播相比拟，认为声的传播需要空气作为媒质，在被抽干了空气的真空泵里，声就无法传播，受到阻隔；而光却照样传播，不受丝毫影响。因此这使得他们一致认为，除了空气之外，宇宙间一定还存在另外一种比空气精细得多的传播媒质，它们无处不在，传播着光。
胡克、惠更斯等人主张光的波动说的理由在于，只有把光看成波，才能较好地解释光为什么是直线传播，光的折射、反射以及来自不同方向乃至相反方向的几束光，在互相交叉后可以互不干扰地穿透过去。如果把光看成是微粒，那就好像连续发射的子弹或箭在空中飞行一样，而这一切同上述那些现象，如折射、反射和光的交叉是互相矛盾的。
在惠更斯那里，胡克的波动说得到了更进一步的发展与完善。惠更斯把光的传播比做声的传播和水波的传播，他说，声音是借助看不见摸不着的空气向声源周围的整个空间传播的，这是一个空气粒子向下一个空气粒子逐步推进的一种运动，这也类似于我们把石头扔入水中时所看到的水波，它们在一圈一圈逐渐向外传播开去；由于水波是在水面上传播开去的，因此形成的波是平面波，而声波是向四面八方传播出去的，是立体传播，而且这一传播运动在各个方向是以相同速度进行的，因此必定形成球面波。光的传播也是如此，它以以太为媒质形成一个个球面波向前传递。据此得出惠更斯原理：传播中波前上的每一点，都可以看成是一个新的波或子波的波源，这些子波是从原先波前上所有的点发出的。根据这一原理可以对光的任何传播进行作图。
惠更斯原理最具说服力的解释是对光的折射的解释。
假定一束光射过空气进入玻璃之中，这就是光由较稀的介质（空气）进入较稠的介质（玻璃）的例子，那么光一定会在两种介质交界的界面之处发生折射，因为空气的介质较稀，光传播的自由度较大，所以所形成的球面波的半径也会较大，光传播的速度也会较快；而玻璃的介质较稠，光传播的自由度较小，因此所形成的球面波的半径也会较小，这就会使玻璃中的波向下倾斜，连续不断地倾斜就形成折射，而折射光比射入光更接近于直线，经过计算，它符合斯涅尔的折射定律。而且根据惠更斯原理，可以推算出光在玻璃介质（即较稠介质）中的传播速度小于在空气（即较稀介质）中的传播速度。这和牛顿用微粒说来解释光的本性得出的结论正好相反。牛顿认为，较稠物质存在着较强引力，这种较强的引力把从空气中射入到玻璃中的光向下拉，从而形成折射，同时也使光的速度变大。由于当时还没有人能够测出光速，因此无法证明究竟哪一种说法正确。但是到了19世纪的1849至1862年间，先后有法国人菲索和傅科用高速转动的齿轮或多面镜测定了光速，发现光在水中的传播速度比在空气中慢，证明了波动说对这一问题看法的正确性。不同意波动说而倾向于微粒说。在1675年的一篇重要论文中，他首先对光的各种假说进行了讨论，之后，他提出了自己的假说：“我认为光既非以太也不是它的振动，而是从发光物体传播出来的某种与此不同的东西。如果人们愿意这样做……可以设想光是一群难以想像的细微而运动迅速的大小不同的粒子，这些粒子从远处发光体那里一个接着一个地发射出来，但是在它们相继两个之间我们却感觉不到有什么时间间隔，它们为一个运动本原所不断推向前进，开始时这种本原把它们加速，直到后来以太媒质的阻力和这本原的力量大小一样为止，这很像物体在水中降落，先是加速，直到后来水的阻力等于重力为止。”赞同微粒说的理由是，他认为波动说首先就不能解释光为什么总是走直线而并不发生明显的弯曲。他说，光的传播跟声波或水波的传播特征并不一样，声波或水波都能绕过障碍物而弯到它的后面去。例如，一只钟或一门炮发出的声音能够在山后边听到，但在这里却看不到发音体，而且声音能在弯曲的管子里像在笔直的管子里一样容易传播。而光就不能这样了，我们从来不知道光会沿着弯曲的道路走，当光遇到障碍物时，它不会弯到影子里去破坏影子。当一个恒星被任何一个行星遮掩时，恒星就看不见了，同样，当太阳的一部分被月球、水星或金星遮掩时也是如此。当然也注意到了光的衍射现象。所谓光的衍射是指光线在遇到障碍物时，将偏离直线传播的方向而绕到障碍物的阴影里去的这种现象。这种现象在当光线穿过很细的缝或很小的孔时就会发生。人们平时看到的当一束光线越过障碍物将它的阴影投在光屏上时，阴影边界的外侧圈有一条与其边缘平行的色带或半阴影，就像阴影长毛一样，这种现象，就是光的衍射。最初研究衍射现象的是意大利物理学家格里观耳迪（1618～1663），他的衍射实验证明光是一种波，以一种无比大但不是无限的速度蔓延。曾经对他的衍射实验进行了重复和扩充，并在这篇论文中谈到衍射现象。但他并不认为衍射能够证明光是一种波，相反，它更能证明光是微粒，因为，只有微粒经过物体边缘时才会受到物体引力作用而使它稍微弯曲。他说：“经过任一物体边缘很近的光线将受到物体的作用而要稍微弯曲；但这种弯曲不是向着影子区域离开它，并且只有在光线通过物体旁边，与它相距很近时，才有这种现象。当光线经过这物体之后，它就马上笔直地前进。”
还认为光的微粒说对于光的折射、反射以及光照可以使物体发热的现象能做很好的解释，颜色现象也只有用微粒说才能得到合理解释。他认为，光的折射、反射和弯射是物体之间的一种吸引力；物体之间的吸引力是物体相互作用的表现，如果只是把光看成是一种在媒介中传播的波，或者以太大的振动或挤压运动（或者像胡克所说的是一种“脉冲”），那么它就是没有实质的运动。由于这种运动没有微粒的物质内容，因此光照射到物体上发生的折射等现象就不是物体之间的吸引力造成的，而牛顿用实验证明应由引力造成；同时，光是一种能在一个瞬间传播很远距离的运动，那么就必须设想发光体需要一个无限大的力，才可以在每一时刻使每一发光质点产生这种运动，使光波在瞬间传播得很远，而这几乎是不可能的。曾做过关于光的折射和反射的实验：把两块玻璃棱镜或者一个很长的望远镜的两块，一面是平的，一面是稍微凸起的玻璃物镜，这样叠放在一起，不使它们完全接触，也不使它们相距太远，两块玻璃之间的距离小于百分之一英寸。让光线顺序穿过这两块玻璃时就会发现，光线穿过第一块玻璃的第二个表面进入两块玻璃之间的空气层时，就发生了折射，然后光线进入第二块玻璃。如果慢慢地移开第二块玻璃，那么进入两块玻璃之间空气层的折射角就会增大，当第二块玻璃移开到一定距离，那么从第一块玻璃的第二个表面进入空气中的光就不再继续前进，而转回到第一块玻璃中去，即被反射。这个实验说明，两块玻璃靠得很近时，光线穿过第一块玻璃进入空气层时发生折射，是因为第二块玻璃对光的微粒具有吸引力；而当第二块玻璃移开后，光只能反射回去，它是被第一块玻璃的引力拉回去的。根据这一原理牛顿得出光速在较稠介质中比在较稀介质中快。用微粒说解释光照发热现象是令人信服的。他认为，由于光是由发光体连续不断发射出来的微粒子，因此光照在某一物体上，实际上是微粒不断地在射击这一物体，这就会“激动”这一物体的相应部分，使它们发起热来。波动说就无法解释这一现象。颜色现象的解释是由于光的微粒有大小不同，因此曲折程度也不相同，其中最小的微粒是紫色的光，它在其直线的线路中容易为折射面所偏转，曲折的程度最大。其余的光的微粒越来越大则有越来越明亮的颜色，而且越来越难以使之偏转，其折射程度渐次减小，这就是蓝、绿、黄、橙等颜色，最大的微粒和具有最小折射率的光是红色。因此当组合光被棱镜分解的时候，它们总按着这样的次序散开。牛顿的这篇新的关于光和颜色的论文探讨了光的本性，提出了微粒说，无疑这是光学研究中的重要贡献。尽管小心谨慎，在事先写给奥尔登伯格的一封信中声明，他提出的只是一个假说，是很多关于光的假说当中他“更喜欢的一个假说”，并强调说：“不喜欢这种说法的人也可以假定光是任何一种别的有形发射物……或者是他们认为符合于这个目的的其他任何东西。为了避免争论，并为这种假设的讨论普遍起见，每个人在这里愿意讲什么就讲什么……”然而，他的观点还是在科学界引起了很大的反响，还是遭到了激烈的反对，不过这和第一次由颜色理论引起争论的情况不一样，这一次是纯粹的争论。
