伽利略依靠工匠們的實踐經驗與數學理論的結合，依靠他自己敏銳的觀察和大量的實驗成果，通過雄辯和事實，粉碎了教會支持的亞裏士多德和托勒密思想體係2000多年來對科學的禁錮，在運動理論方麵奠立了科學力學的基石（如速度、加速度的引入，相對性原理、慣性定律、落體定律、擺的等時性、運動疊加原理等），而且闖出了一條實驗、邏輯思維與數學理論相結合的新路。
四、熱愛科學，傳播真理
伽利略在帕多瓦自己的家中開辦了一個儀器作坊，成批生產多種科學儀器與工具，並利用它們親自進行實驗。1609年7月，他聽說荷蘭有人發明了供人玩賞的望遠鏡後，8月，就根據傳聞及折射現象，找到鉛管和平凸及平凹透鏡，製成第一台3倍望遠鏡，20天後改進為9倍，並在威尼斯的聖馬克廣場最高塔樓頂層展出數日，轟動一時。11月，他又製成20倍望遠鏡並用來觀察天象，看到“月明如鏡”的月球上竟是凸凹不平，山巒迭起。他還係統觀察木星的四顆衛星。1610年他將望遠鏡放大倍數提高到33倍，同年3月發表《星空信使》一書，總結了他的觀察成果並用來有力地駁斥地心說。伽利略發明望遠鏡可屬偶然，但他不斷改進設計，成批製造，逐步提高放大倍數，這不是一般學者、工匠或教師所能及的。
伽利略通過望遠鏡測得太陽黑子的周期性變化與金星的盈虧變化，看到銀河中有無數恒星，有力地宣傳了“日心說”。
五、時代局限，曆史遺案
1615年伽利略受到敵對勢力的控告，他雖幾經努力，力圖挽回局麵，但1616年教皇還是下了禁令，禁止他以口頭或文字的形式傳授或宣傳“日心說”。以後伽利略表麵上在禁令下生活，實際上寫出了《關於托勒密和哥白尼兩大世界體係的對話》一書來為哥白尼辯護。該書於1632年出版，當年秋伽利略就遭到嚴刑下的審訊。1633年6月22日伽利略被迫在悔過書上簽字，隨後被終身軟禁。在軟禁期間他又寫了《關於兩門新科學的對話與數學證明對話集》一書，該書於1638年在荷蘭萊頓出版。
伽利略1642年1月8日病逝。終年78歲。
科學的蓬勃發展早已證實了伽利略的偉大和教會的謬誤，1979年梵蒂崗教皇保羅二世宣布為這一曆史判決平反，隻是平反來得過遲了。
伽利略的力學研究
伽利略的科學研究主要集中在力學和天文學兩個方麵。伽利略的力學研究，在他的科學活動中占有極為重要的地位。他的理論奠定了經典力學的基礎。以後經發展完善，建立了近代經典力學的係統理論。伽利略所建立的擺的定律、慣性定律、落體運動定律，以及對拋體運動的研究和他提出的相對性原理，構成了動力學的主要基礎。
1638年，伽利略完成了他的力學巨著《關於力學以及地上運動的兩個新學科中的對話和數學證明》（《力學對話》）。由於他的著作在意大利被禁止，此書於1638年在荷蘭阿姆特丹出版。
伽利略所建立的落體運動定律和慣性定律是《力學對話》的重要內容。在比薩大學任教時，伽利略就對亞裏士多德的落體觀點提出疑問，反對重物比輕物下落要快的傳統說法。他通過大量的實驗和理論推證，確定了自由落體定律。
關於落體問題，傳說伽利略曾在比薩塔上當眾做落體實驗。其實，這個實驗最早是著名力學家布魯日的西蒙·斯台文在1587年從二樓窗台上所做的，伽利略當時並不知道此事。伽利略的學生韋韋亞尼於1654年出版了他寫的《伽利略傳》，把這項功績記到了伽利略頭上，並流傳至今。
但是，為了證實自己的落體定律，伽利略也做了大量的實驗。伽利略的實驗主要是應用小球沿斜坡滾動的方法。小球滾動實驗，證實了落體定律，也推出了慣性定律。最後，伽利略得出了物體墜落的路程與它經曆的時間平方成正比，而與它的重量無關的結論。
伽利略的慣性定律是不完整、不徹底的。他不承認宇宙的無限性，因此認為，無限沿直線的勻速運動是不可能的，隻能是沿著地球表麵的圓運動。從而他隻承認圓慣性運動，而不承認直線慣性運動。
在拋體運動的研究方麵，伽利略確立了運動的合成原理和獨立性原理，他說明了拋體運動始終是兩個運動的合成，即固有慣性運動和自由落體運動的合成，從而確立了運動的獨立性原則。他在理論上證明了，平拋物體無論射程多遠，從拋出到著陸所用時間都等於從拋射點豎直墜落到地麵所用的時間，仰角為45°時射程最遠。
伽利略的又一重要貢獻是建立了運動的相對性原理。相對性原理不僅僅在駁斥亞裏士多德的地心說上起到了重要作用，特別是在經典力學的建立過程中，直至對於現代物理學中狹義相對論的建立都起到了理論指導作用。