牛頓第一運動定律表明，假若施加於某物體的外力為零，則該物體的運動速度不變。以方程式表達，[2]
∑
i
F
i
=
0
⇒
d
v
d
t
=
0
{\displaystyle \sum _{i}\mathbf {F} _{i}=0\Rightarrow {\frac {\mathrm {d} \mathbf {v} }{\mathrm {d} t}}=0}
；
其中，
F
i
{\displaystyle \mathbf {F} _{i}}
是第
i
{\displaystyle i}
個外力，
v
{\displaystyle \mathbf {v} }
是速度，
t
{\displaystyle t}
是時間。
從第一定律可以得到下面推論：
靜止的物體會保持靜止狀態，除非有外力施加於這物體。
運動中的物體不會改變其運動速度，除非有外力施加於這物體。注意到速度是向量，物體運動速度的大小與方向都不會改變。
根據第一定律，從測量物體的運動速度是否改變，可以判斷是否有外力作用於物體，但是，第一定律並未給出這外力的大小，也沒有給出這外力的來源，它只是將物體運動速度的改變歸因為外力的施加於物體。[8]從另一個角度來看，只有因為外力的施加於物體才會改變物體的運動，否則，物體的運動會永遠保持不變，這意味著，物體擁有某種懶於改變運動狀態的性質，稱為物體的慣性。[9]
牛頓繪景
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第一定律是物理定律，因此具有可證偽性，即做實驗可以核對第一定律是否正確。在做這實驗時，必須測量物體的運動速度，但這涉及到參考系的設定。因此，可以更詳細地將第一定律表明為[10]
採用某種參考系來做測量，假若施加於一個物體的外力為零，則該物體的運動速度不變。
儘管在《自然哲學的數學原理》裏沒有明確地指明應該怎樣詮釋作用力，從第一定律的內容可以推論，牛頓認為，零作用力案例可以很容易地被辨認出來。這案例能夠對於慣性參考系給出定義：假若，從一個參考系觀測，不受力的物體的運動速度不變，則這參考系是慣性參考系。在宇宙中，存在著無數可能的參考系，在這些參考系中，滿足第一定律的參考系稱為「慣性參考系」，而其它不滿足第一定律的參考系稱為「非慣性參考系」。因此，第一定律可以被視為慣性參考系的定義。從做實驗觀察物體的運動行為，就可以辨別出哪個是慣性參考系，哪個不是慣性參考系。[11]至今為止，多個位於地球表面固定地點的實驗室所完成的眾多關於古典力學的實驗建議，這些實驗室很適合實現慣性參考系，對於那些不合適的實驗，則必須設計與建造更為精緻的實驗室。[10]
在做實驗核對第一定律時，還必須測量是否有外力施加於物體，這意味著必須對於力給出嚴格定義。牛頓在《自然哲學的數學原理》裏提出第一定律後，又列舉了三個描述外力與物體運動狀態之間的關係的案例，它們分別為空氣阻力與重力的施加於拋體、空氣阻力與黏力的施加於陀螺、行星與彗星的移動於自由空間。牛頓還給出了三種外力，分別為衝擊力、壓力與離心力。但是他並沒有對於力給出嚴格定義。[4][註 3]
懸掛於兩條特定彈簧的一個物體，正好能夠將這兩條特定彈簧延伸特定距離，則這物體的重量
W
{\displaystyle \mathbf {W} }
等於兩個標準單位力
F
0
{\displaystyle \mathbf {F} _{0}}
。[14]
使用操作定義的方法可以對於力給出嚴格定義，例如，兩個同樣的彈簧，假若被壓縮同樣的距離，則其各自產生的「彈力」（一種物理現象）必定相等，將這兩個彈簧並聯，則可以產生兩倍的彈力。將一物體的兩邊分別連接這兩個彈簧的末端，使彈力的作用方向相反，則作用於物體的淨力為零，為了對於彈力給出定量描述，設定「標準單位力」為某特定彈簧壓縮特定距離所產生的彈力，任意數量的標準單位力都可以用幾個彈簧所組成的系統來實現。彈簧系統可以用來做測量實驗，對於任意力做比較，給出它的測量值。[11][15]
克希荷夫繪景
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另外還有一種常見的繪景是由古斯塔夫·克希荷夫最先給出，後來又獲得恩斯特·馬赫、海因里希·赫茲等人的支持。按照這種繪景，第一定律被視為第二定律的零外力特別案例，[註 4]而第二定律則被視為力的定義，即將力定義為質量與加速度的乘積。[註 5]這樣，就不必涉及引入力的概念這棘手的任務。假若採用這種繪景，則第二定律不再擁有任何物理內涵，[6]而牛頓並沒有發現力是質量與加速度的乘積，因為這只是一個定義，牛頓發現的是，物理定律比較容易用力的概念來表達。[11]
這種繪景會導致的後果是，整個古典力學會變成一種公理化理論，所有結論都是源自於這個定義，而不是源自於更為物理學者青睞的從做實驗總結出的「自然定律」。假若要將實際物理引入這公理化理論，則必須檢試對於力的定義所推導出的結果是否符合實際物理，只有符合實際物理才可被採納，換句話說，從對於力的定義所演繹出的規則，其結果必須符合實驗的檢試，否則不能被採納。[11]
只有從某種特定的參考系觀測，才可以將牛頓定律與實際物理接軌，這種特定的參考系就是慣性參考系，通過做實驗可以找到無限數量的這種慣性參考系。從任何其它種參考系觀測，都無法達成接軌的目標。更具體而言，只有從慣性參考系才可觀測到不受力物體的運動速度不變。[11]
愛因斯坦繪景
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阿爾伯特·愛因斯坦的等效原理指出，對於一位處於重力場的觀察者呈靜止狀態與一位不處於重力場的觀察者呈加速度運動狀態而言，假若這兩位觀察者感受到的力相等，則他們會無法分辨到底感受到的是重力還是因加速度而產生的慣性力（注意到慣性力的方向與加速度的方向相反，慣性力抗拒加速度運動）。任何處於重力場的自由落體都不會感受到重力，因為，重力已與自由掉落的加速度運動所出現的慣性力相互抵銷，因此，假設從某個參考系觀察到這自由落體呈靜止狀態或或等速直線運動，則這參考系滿足第一定律，這參考系是慣性參考系。由此可採用一種新的觀點，即與處於重力場的自由落體呈靜止狀態或等速直線運動的參考系為慣性參考系，而第一定律適用於此慣性參考系。一個物體的無重量現象可以用來辨明慣性參考系。[11][17]