伽利略是偉大的義大利物理學家和天文學家，科學革命的先驅。歷史上他首先在科學實驗的基礎上融會貫通了數學、物理學和天文學三門知識，擴大、加深並改變了人類對物質運動和宇宙的認識。為了證實和傳播了哥白尼的日心說，伽利略獻出了畢生精力。由此，他晚年受到教會迫害，並被終身監禁。他以系統的實驗和觀察推翻了以亞里斯多德為代表的、純屬思辨的傳統的自然觀，開創了以實驗事實為根據並具有嚴密邏輯體系的近代科學。因此，他被稱為「近代科學之父」。他的工作，為牛頓的理論體系的建立奠定了基礎。
伽利略是第一個把實驗引進力學的科學家，他利用實驗和數學相結合的方法確定了一些重要的力學定律。1582年前後，他經過長久的實驗觀察和數學推算，得到了擺的等時性定律。接著在1585年因家庭經濟困難輟學。離開比薩大學期間，他深入研究古希臘學者歐幾裡得、阿基米德等人的著作。他根據槓桿原理和浮力原理寫出了第一篇題為《天平》的論文。不久又寫了論文《論重力》，第一次揭示了重力和重心的實質並給出準確的數學表達式，因此聲名大振。與此同時，他對亞里斯多德的許多觀點提出質疑。
在1589～1591年間，伽利略對落體運動作了細緻的觀察。從實驗和理論上否定了統治千餘年的亞里斯多德關於「落體運動法則」確立了正確的「自由落體定律」，即在忽略空氣阻力條件下，重量不同的球在下落時同時落地，下落的速度與重量無關。根據伽利略晚年的學生V.維維亞尼的記載，落體實驗是在比薩斜塔上公開進行的：1589年某一天，伽利略將一個重10磅，一個重1磅的鐵球同時拋下，幾乎同時落地，在場的競爭者個個目瞪口呆，在大笑中聳聳肩走了。但在伽利略的著作中並未明確說明實驗是在比薩斜塔上進行的。因此近年來對此存在爭議。
伽利略對運動基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究並給出了嚴格的數學表達式。尤其是加速度概念的提出，在力學史上是一個裡程碑。有了加速度的概念，力學中的動力學部分才能建立在科學基礎之上，而在伽利略之前，只有靜力學部分有定量的描述。
伽利略曾非正式地提出過慣性定律（見牛頓運動定律）和外力作用下物體的運動規律，這為牛頓正式提出運動第一、第二定律奠定了基礎。在經典力學的創立上，伽利略可說是牛頓的先驅。
伽利略還提出過合力定律，拋射體運動規律，並確立了伽利略相對性原理. 伽利略在力學方面的貢獻是多方面的。這在他晚年寫出的力學著作《關於兩門新科學的談話和數學證明》中有詳細的描述。在這本不朽著作中，除動力學外，還有不少關於材料力學的內容。例如，他闡述了關於梁的彎曲試驗和理論分析，正確地斷定梁的抗彎能力和幾何尺寸的力學相似關係。他指出，對長度相似的圓柱形梁，抗彎力矩和半徑立方成比例。他還分析過受集中載荷的簡支梁，正確指出最大彎矩在載荷下，且與它到兩支點的距離之積成比例。伽利略還對梁彎曲理論用於實踐所應注意的問題進行了分析，指出工程結構的尺寸不能過大，因為它們會在自身重量作用下發生破壞。他根據實驗得出，動物形體尺寸減小時，軀體的強度並不按比例減小。他說：「一隻小狗也許可以在它背上馱兩三隻同樣大小的狗，但我相信一匹馬也許連一匹和它同樣大小的馬也馱不起。」
他是利用望遠鏡觀測天體取得大量成果的第一位科學家。這些成果包括：發現月球表面凹凸不平，木星有四個衛星（現稱伽利略衛星），太陽黑子和太陽的自轉，金星、木星的盈虧現象以及銀河由無數恆星組成等。他用實驗證實了哥白尼的「地動說」，徹底否定了統治千餘年的亞里斯多德和託勒密的「天動說」。
他一生堅持與唯心論和教會的經院哲學作鬥爭,主張用具體的實驗來認識自然規律,認為經驗是理論知識的源泉。他不承認世界上有絕對真理和掌握真理的絕對權威，反對盲目迷信。他承認物質的客觀性、多樣性和宇宙的無限性，這些觀點對發展唯物主義的哲學具有重要的意義。但由於歷史的局限性，他強調只有可歸納為數量特徵的物質屬性才是客觀存在的。
伽利略因為支持日心說入獄後，「放棄」了日心說，他說，＂考慮到種種阻礙，兩點之間最短的不一定是直線＂，正是因為他有這樣的思想，暫時的放棄換得永遠的支持，沒有像布魯諾那樣去壯烈，但卻可以為科學繼續貢獻自己的力量。
科學發現 古希臘在物理學說方面有兩大學派，一派以哲學家亞里斯多德為代表，另一派則以自然科學家阿基米德為代表。兩人皆是古代希臘蓍名的學者，但由於兩人的觀點和方法不同，其科學結論也就各異，並形成了鮮明的對立。亞里斯多德學派的觀點基本是唯心的，他是憑主觀思考和純推理方法作結論的，所以是充斥著謬誤。而阿基米德學派的觀點基本是唯物的，他完全依靠靠科學實踐方法得出結論。
然而從11世紀起，在基督教會的扶持下，亞里斯多德的著作得到了經院哲學家的重視，他們排斥阿基米德的物理學，把亞里斯多德的物理學奉為經典，凡違反亞里斯多德物理學的學者均被視為「異端邪說」。但伽利略卻對亞里斯多德的物理學抱懷疑態度，相反他特別重視對阿基米德物理學的研究，他重視理論聯繫實際，注意觀察各種自然現象，思考各種問題。在伽俐略十八歲那年，一次到比薩教堂去做禮拜，他注意到教堂裡懸掛的那些長明燈被風吹得一左一右有規律地擺動，他按自己脈搏的跳動來計時，發現它們往復運動的時間總是相等的。就這樣他發現了擺的等時性，後來荷蘭物理學家惠更斯根據這個原理製成掛擺時鐘，人們稱之為"伽利略鍾"。
伽利略根據阿基米德的學說，作了迅速確定合金成分的流體靜力天平的研究，發明了可以測定物質密度的"小天平"，寫出了名為《小天平》的論文。後來他又潛心研究了物體重心的幾何學，於1588年發表了《固體的重心》的論文，引起學術界的注意。第二年，在友人的推薦下，被比薩大學聘任為數學教授。
亞里斯多德認為兩個物體以同一高度落下，重的比輕的先著地，但伽利略經過反覆的研究與實驗後，改寫了這一結論：物體下落的快慢與重量無關。1590年，伽利略在比薩斜塔公開作了落體實驗，驗證了亞里斯多德的說法是錯誤的，使統治人們思想長達2000多年的亞里斯多德的學說第一次發生動搖。而應邀前來觀看的一些著名學者卻否認自己親眼見到的一切，他們群起攻擊伽利略。1591年，伽利略被比薩解聘。
從科學史上看，伽利略並不是落體實驗的首創者，其首創者是比利時的斯臺文。但伽利略的比薩斜塔實驗所造成的影響卻是更為深遠的。
1592年，伽利略來到威尼斯的帕多瓦大學任教，開始了他科學活動的黃金時期。在這一時期，他研究了大量的物理學問題，如斜面運動、力的合成、拋射體運動等。他還對液體與熱學作了研究，發明了溫度計。1609年，伽利略製成了天文望遠鏡，並用這臺望遠鏡去探索宇宙的奧秘，他發現月球的表面凹凸不平，有高山深谷；木星有四顆衛星圍繞它旋轉，金星和月亮一樣有盈有虧；土星有光環；太陽有黑子，能自轉。銀河是由於千千萬萬顆暗淡的星星所組成。這些發現為哥白尼、布魯諾的觀點提供了有力的證據。對教會的信條進行了嚴厲的打擊。
第二年，他出版了《星際使者》，通俗地向讀者介紹他觀察到的天空現象，宣傳了他的觀點。這部著作在歐洲引起了極大的轟動，伽利略因此被稱為「天空的哥倫布」。1613年，他在羅馬發表了《論太陽黑子》。該書以書信形式明確指出了哥白尼學說是正確的，託勒密學說是錯誤的。由此伽利略觸怒了教會，開始受到宗教裁製所的審訊。
在教廷的壓制下，伽利略仍繼續科學研究，在長期觀察和研究天體運動的實踐中，他更加堅信哥白尼學說的正確性。1632年1月，伽利略在佛羅倫斯出版了《關於託勒密和哥白尼的兩大世界體系的對話》。他在書中用三位學者對話的形式，作了四天的談話。討論了三個問題：1、證明地球在運動；2、充實哥白尼學說；3、地球的潮汐。《對話》總結了伽利略長期科研實踐中的各種科學發現，宣告了託勒密地心說理論的破產，從根本上動搖了教會的最高權威，從而推動了唯物論思想的發展。這部著作一經出版便受到廣大讀者的歡迎。但卻遭到了羅馬教會的反對。伽利略因此而受到了長期的監禁。
1636年，伽利略在監禁中偷偷地完成了他一生中另一部偉大的著作《關於兩種新科學的對話》。該書於1638年在荷蘭出版。這部偉大著作同樣是以三人對話形式寫的。「第一天」是關於固體材料強度的問題，反駁了亞里斯多德關於落體的速度依賴於其重量的觀點；「第二天」是關於內聚作用的原因，討論了槓桿原理的證明及梁的強度問題；「第三天」討論了勻速運動和自然加速運動；"第四天"是關於拋射體運動的討論。這一巨著從根本上否定的亞里斯多德的運動學說。
伽利略在帕多瓦大學工作的18年間，最初把主要精力放在他一直感興趣的力學研究方面，他發現了物理上重要的現象——物體運動的慣性；做過有名的斜面實踐，總結了物體下落的距離與所經過的時間之間的數量關係；他還研究了炮彈的運動，奠定了拋物線理論的基礎；關於加速度這個概念，也是他第一個明確提出的：甚至為了測量病人發燒時體溫的升高，這位著名的物理學家還在1593年發明了第一支空氣溫度計……但是，一個偶然的事件，使伽利略改變了研究方向。他從力學和物理學的研究轉向廣漠無垠的茫茫太空了。
那是1609年6月，伽利略聽到一個消息，說是荷蘭有個眼鏡商人利帕希在一偶爾的發現中，用一種鏡片看見了遠處肉眼看不見的東西。「這難道不正是我需要的千裡眼嗎？」伽利略非常高興。不久，伽利略的一個學生從巴黎來信，進一步證實這個消息的準確性，信中說儘管不知道利帕希是怎樣做的，但是這個眼鏡商人肯定是製造了一個鏡管，用它可以使物體放大許多倍。
「鏡管！」伽利略把來信翻來覆去看了好幾遍，急忙跑進他的實驗室。他找來紙和鵝管筆，開始畫出一張又一張透鏡成像的示意圖。伽利略由鏡管這個提示受到啟發，看來鏡管能夠放大物體的秘密在於選擇怎樣的透鏡，特別是凸透鏡和凹透鏡如何搭配。他找來有關透鏡的資料，不停地進行計算，忘記了暮色爬上窗戶，也忘記了曙光是怎樣射進房間。
整整一個通宵，伽利略終於明白，把凸透鏡和凹透鏡放在一個適當的距離，就像那個荷蘭人看見的那樣，遙遠的肉眼看不見的物體經過放大也能看清了。
伽利略非常高興。他顧不上休息，立即動手磨製鏡片，這是一項很費時間又需要細心的活兒。他一連幹了好幾天，磨製出一對對凸透鏡和凹透鏡，然後又製作了一個精巧的可以滑動的雙層金屬管。現在，該試驗一下他的發明了。
伽利略小心翼翼地把一片大一點的凸透鏡安在管子的一端，另一端安上一片小一點的凹透鏡，然後把管子對著窗外。當他從凹透鏡的一端望去時，奇蹟出現了，那遠處的教堂仿佛近在眼前，可以清晰地看見鐘樓上的十字架，甚至連一隻在十字架上落腳的鴿子也看得非常逼真。
伽利略製成望遠鏡的消息馬上傳開了。「我製成望遠鏡的消息傳到威尼斯」，在一封寫給妹夫的信裡，伽利略寫道：「一星期之後，就命我把望遠鏡呈獻給議長和議員們觀看，他們感到非常驚奇。紳士和議員們，雖然年紀很大了，但都按次序登上威尼斯的最高鐘樓，眺望遠在港外的船隻，看得都很清楚；如果沒有我的望遠鏡，就是眺望兩個小時，也看不見。這儀器的效用可使50英裡的意外的物體，看起來就像在5英裡以內那樣。」
伽利略發明的望遠鏡，經過不斷改進，放大率提高到30倍以上，能把實物放大1000倍。現在，他猶如有了千裡眼，可以窺探宇宙的秘密了。
這是天文學研究中具有劃時代意義的一次革命，幾千年來天文學家單靠肉眼觀察日月星辰的時代結束了，代之而起的是光學望遠鏡，有了這種有力的武器，近代天文學的大門被打開了。
現在，每當星光燦爛或是皓月當空的夜晚，伽利略便把他的望遠鏡瞄準深邃遙遠的蒼穹，不顧疲勞和寒冷，夜復一夜地觀察著。
過去，人們一直以為月亮是個光滑的天體，像太陽一樣自身發光。但是伽利略透過望遠鏡發現，月亮和我們生存的地球一樣，有高峻的山脈，也有低凹的窪地 （當時伽利略稱它是「海」）。他還從月亮上亮的和暗的部分的移動，發現了月亮自身並不能發光，月亮的光是透過太陽得來的。
伽利略又把望遠鏡對準橫貫天穹的銀河，以前人們一直認為銀河是地球上的水蒸汽凝成的白霧，亞里斯多德就是這樣認為的。伽利略決定用望遠鏡檢驗這一說法是否正確。他用望遠鏡對準夜空中霧蒙蒙的光帶，不禁大吃一驚，原來那根本不是雲霧，而是千千萬萬顆星星聚集一起。伽利略還觀察了天空中的斑斑雲彩——即通常所說的星團，發現星團也是很多星體聚集一起，像獵戶座
星團、金牛座的昂星團、蜂巢星團都是如此。
伽利略的望遠鏡揭開了一個又一個宇宙的秘密，他發現了木星周圍環繞著它運動的衛星，還計算了它們的運行周期。現在我們知道，木星共有 14顆衛星，伽利略所發現的是其中最大的四顆。除此之外，伽利略還用望遠鏡觀察到太陽的黑子，他通過黑子的移動現象推斷，太陽也是在轉動的。
一個又一個振奮人心的發現，促使伽利略動筆寫一本最新的天文學發現的書，他要向全世界公布他的觀測結果。1610年3月，伽利略的著作《星際使者》在威尼斯出版，立即在歐洲引起轟動。
但是，他沒有想到，望遠鏡揭開的宇宙的秘密大大觸怒了很多人，一場可怕的厄運即將降臨在這位傑出的科學家的頭上。
國際天文年：國際天文年是由國際天文學聯合會(IAU)和聯合國教科文組織(UNESCO)共同發起，主題是「探索我們的宇宙」。為紀念伽利略首次用望遠鏡進行天文觀測400年，2007年12月20日，聯合國通過了將2009年定為國際天文年的決議。2009國際天文年發起的全球性活動，希望通過白天的天空和夜晚的星空, 幫助人們重新認識他們在宇宙中的位置，從而激發個人的探索發現精神。
為紀念伽利略將望遠鏡用於天文觀測四百周年，國際天文學聯合會（IAU）提議將2009年定為以「探索我的宇宙
（The Universe, Yours to Discover）」為主題的國際天文年。在2009年開展縱貫全年，著眼於教育，面向公眾，尤其要吸引青少年參與的，國家、區域及全球層面上的各種活動，這將是一次天文學及其對社會、文化貢獻的全球性慶典。這項提議得到了聯合國教科文組織（UNESCO）的支持，2003年7月23日，在澳大利亞的雪梨舉辦的國際天文學聯合會代表大會上，全體成員一致通過了2009年作為國際天文年的提議，並表示將予以參加和支持。在義大利作為主辦方的基礎上，聯合國科教文組織在它的第33屆大會上向聯合國會員大會建議，把2009年定為國際天文年。最終，在2007年12月20日的第62屆聯合國會員大會上通過了該提議。聯合國宣布2009年為國際天文年。決議由伽利略的故鄉義大利提交。2009年國際天文年由國際天文學聯合會及聯合國科教文組織共同協辦。