當重力是唯一作用在運動物體上的力時，就說它處於自由落體狀態。
大約公元前350年，古希臘哲學家亞里斯多德（Aristotle）解釋說引力是一種將物體移向其「自然位置」的力，向下指向地球中心。自由落體以恆定的速度向地心方向運動。
從亞里斯多德時代到中世紀，自由落體的速度與其重量成正比，與其密度成反比，被當時的人們普遍接受。亞里斯多德的「真理」，在當時神聖不可侵犯。
大約1361年，法國數學家尼科爾·奧雷斯姆（Nicole Oresme）研究物體運動時發現，如果一個物體的加速度恆定，那麼它的速度與時間成正比，運動的距離與時間的平方成正比。
奧瑞斯姆是天主教會的主教，目前還不清楚他的研究是否影響了伽利略的工作。
1589年至1592年間，伽利略為了驗證亞里斯多德的理論，從比薩斜塔上扔下了兩個重量不同的球體。這更像是一個思想實驗，而不是真實事件。
伽利略興奮地發現，較輕的球體與較重的球體降落到地面的速度一樣快。這與亞里斯多德的觀點相矛盾。
伽利略
1586年，荷蘭科學家西蒙·斯特文(Simon Stevin)和揚·科內斯·德·格魯特(Jan Cornets de Groot)爬上了代爾夫特一座教堂的塔樓，塔樓高33英尺(10米)。他們釋放了兩個鉛球，一個比另一個大十倍，重十倍。兩個鉛球同時撞向地面。較重的物體比較輕的物體下落速度快，這一古老觀點，正逐漸被推翻。
伽利略從1603年起開始研究自由落體的加速度。當時還沒有準確記錄速度的技術，伽利略設計了一個巧妙解決方案。他用一個水鍾和自己的脈搏對實驗進行計時，用一個從斜面上滾下來的球代替自由下落的物體，將運動速度減緩到一個可測量的範圍。伽利略反覆實驗，直到獲得了一個滿意的精度為止（兩次觀測之間的偏差沒有超過一個脈衝跳動的十分之一）。
伽利略發現，球的滾動時間增加一倍，移動的距離是原來的四倍。當斜面變得更陡時，加速度勻速增加。
斜面實驗
伽利略的斜面實驗忽略空氣阻力和摩擦力影響，是不完美的實驗，在物理學發展史上是一個偉大的實驗。
【壁畫】伽利略在佛羅倫斯美第奇家族面前演示他的斜面滾球實驗
1971年，在月球表面，美國阿波羅15號太空人大衛·斯科特（David Scott），將質量是3磅的地質錘和1盎司獵鷹的羽毛，從5英尺的高度做自由落體運動。月球表面沒有空氣阻力，羽毛和地質錘以相同的速度落地，證實了伽利略的理論。數百萬電視觀眾見證了這一太空實驗。
德國哲學家康德：
When Galileo caused balls … to roll down an inclined plane,
a light broke upon all students of nature.