Теоретичните и експерименталните изследвания на
Галилей върху движението на телата заедно с работите
на Йоханес Кеплер и Рене Декарт поставят основите
на класическата механика, развита малко по-късно от
Исак Нютон. Галилей е сред първите европейски учени,
извършили обстойни експерименти и стремящи се към
математическо изразяване на природните закони.
Един от най-известните разкази за Галилей описва
как той пуска топки с различна маса от Наклонената
кула в Пиза, за да демонстрира, че времето, за което
падат, не зависи от масата им. Макар че тази история
се появява в негова биография, писана от ученика
му Винченцо Вивиани, днес тя обикновено се смята
за измислена. Всъщност Галилей прави опити с
топки, търкалящи се по наклонена равнина, с което
демонстрира същото явление - ускорението не зависи
от масата. Макар този факт да противоречи на широко
приетата по онова време теория на Аристотел, Галилей
не е първият, достигнал до този извод. Независимостта
на ускорението при падане и масата е описана още от
Йоан Филопон през 6 век, а същото твърди и Джанбатиста
Бенедети, съвременник на бащата на Галилей.
Освен че отхвърля теорията на Аристотел, според
която по-тежките тела трябва да падат по-бързо,
Галилей установява и математическата зависимост
на ускорението при свободно падане - изминатото
разстояние, започвайки от състояние на покой, е
пропорционално на квадрата на изминалото време.
Формулировката на закона е точна, макар че по
това време не се използва съвременното компактно
алгебрично означаване.
Галилео Галилей се противопоставя и на друга
теория на Аристотел - че движещите се тела се забавят
и спират, ако върху тях не действа някаква сила. Той
формулира по-прецизно теорията на Ибн ал-Хайтам,
поддържана по-късно и от Жан Буридан, според която
при липса на триене тяло, движещо се по хоризонтална
повърхност, би запазило скоростта и посоката на
движението си. В Китай тази теория е застъпвана
много по-рано от Мо Дзъ. Принципът за запазването на
скоростта става един от трите закона за движение на
Нютоновата механика.
Галилей забелязва също, че ходовете на махалото
винаги изискват едно и също време независимо от
неговата амплитуда. Според легендарен разказ той
достига до това заключение, като наблюдава люлеенето
на бронзов свещник в катедралата в Пиза и измерва
времето с пулса си. Галилей смята, че периодът на
махалото наистина е постоянен, макар че всъщност това
е само приближение за относително малки амплитуди.
Въпреки това приближението е достатъчно точно, за да
се използва за регулиране на часовник
В самото начало на 17 век Галилей и един негов
сътрудник се опитват да измерят скоростта на
светлината.
Галилей прави опит да обясни и причините за
приливите, като теорията му трябва да послужи за
аргумент в полза на движението на Земята. Ма