Durante su niñez tuvo una salud débil, un carácter introvertido y sus primeros maestros no le consideraban buen estudiante aunque, para sus compañeros, era un niño perspicaz e inteligente.
En esta época Newton era muy aficionado a construir maquetas, linternas, molinos de viento, relojes, etc.

 Le permitieron seguir sus estudios debido a que al ponerlo a trabajar en la granja era un pésimo granjero ya que pasaba introducido solo en sus pensamientos y haciendo experimentos. Con 18 años ingresó en el Trinity College de Cambridge y como no tenía dinero pagó parte de sus estudios trabajando de sirviente para los estudiantes con más recursos económicos.

En Cambridge Newton estudió, con entusiasmo, todos los libros relacionados con las Matemáticas y con la Filosofía Natural, pasando largo tiempo en la biblioteca.

Una epidemia de peste bubónica obligó a cerrar la Universidad de Cambridge y Newton se refugió en la granja familiar durante dos años. 
Fue entonces cuando realizó múltiples e importantes descubrimientos en Matemáticas, sus principios y la ley de la gravitación y con su nuevo y revolucionario modelo de la luz.

Poco después de su regreso a Cambridge fue nombrado Catedrático Lucasiano.

En 1703 le eligieron presidente de la Royal Society cargo que no abandonó hasta su fallecimiento.

Joule estudió aspectos relacionados con el magnetismo, especialmente los relativos a la imantación del hierro por la acción de corrientes eléctricas, que le llevaron a la invención del motor eléctrico. Descubrió también el fenómeno de magnetostricción.

Pero el área de investigación más fructífera de Joule es la relativa a las distintas formas de energía: con sus experimentos verificó que al fluir una corriente eléctrica a través de un conductor, éste experimenta un incremento de temperatura

Si en el circuito se introduce un nuevo elemento, el motor eléctrico, se origina energía mecánica. Ello le llevó a la enunciación del principio de conservación de la energía, y aunque hubo otros físicos de renombre que contribuyeron al establecimiento de este principio fue Joule quien le proporcionó una mayor solidez.

En 1840 Joule publicó Producción de calor por la electricidad voltaic. En 1843, después de numerosos experimentos, obtuvo el valor numérico del equivalente mecánico del calor, concluyó que era de 0,424 igual a una caloría,
un valor muy similar al actual como 0,427. 
De ese modo quedaba firmemente establecida la relación entre calor y trabajo
 En estos trabajos Joule se basaba en la ley de conservación de la energía, descubierta en 1842.

Abandonó su línea de investigación y prefirió convertirse en ayudante de William Thomson y, como fruto de esta colaboración, se llegó al descubrimiento del efecto Joule-Thomson, según el cual es posible enfriar un gas en expansión si se lleva a cabo el trabajo necesario para separar las moléculas del gas.
Ello posibilitó posteriormente la licuefacción de los gases y llevó a la ley de la energía interna de un gas perfecto.

Ese mismo año (1773) observó que las máquinas de vapor y el pensaba que  desaprovechaban gran cantidad de vapor
En 1766 diseñó un modelo de condensador separado del cilindro, su primera y más importante invención, permitió lograr un mayor aprovechamiento del vapor e incrementar de este modo el rendimiento económico de la máquina.

Este perfeccionamiento constituyó un factor determinante en el avance de la Revolución Industrial. En 1768 se asoció con John Roebuck para construir su propio modelo de máquina de vapor.  En 1776 contrajo segundas nupcias con Ann MacGregor, quien le dio dos hijos más.

Entre otras importantes mejoras en las máquinas de vapor, se le deben la máquina de doble efecto, ; el regulador de fuerza centrífuga para el control automático de la máquina; y el paralelogramo articulado.

En 1785 ingresó formalmente en la Royal Society londinense.  Fue también miembro de la Lunar Society de Birmingham, integrada por un grupo de científicos y escritores promotores del avance del arte y la ciencia.

Publicó unos artículos de suma relevancia para la ciencia: sobre el efecto fotoeléctrico, sobre el movimiento browniano y la teoría de la relatividad especial. Estos artículos lo ayudaron a obtener su doctorado, una plaza de profesor en 1909 en la Universidad de Berna, en 1914 una plaza en la Academia de ciencias prusiana, en Berlín,  y en 1921 el Premio Nobel de Física (otorgado por el efecto fotoeléctrico)

La Teoría de la Relatividad Especial y General, la cual perfeccionó hacia 1915 suscitaban controversia en el mundo científico.  

Tuvo que vivir dos guerras mundiales, en la segunda migró a Estados Unidos para siempre. Se dedicó a encontrar una teoría  de la gravitación y el electromagnetismo. Obtuvo fama y prestigio mundiales como científico y la ecuación E=m·c 2 quizá sea de las más conocidas de la Física.

Se casó dos veces y tuvo dos hijos, fue un defensor pacífico, aunque lo recuerden por apoyar pero no participar en un proyecto vinculado a la creación de armas nucleares.
Tras ver el desastre que causó la misma, hizo una campaña en contra de las armas nucleares

Finalmente falleció dejando un legado científico que revolucionó la ciencia del siglo XX y de momento, probablemente del XXI.