这一天，他到了比萨斜塔上面，拿着两个大小一样但重量不等的铁球，一个重10磅，是实心的；另一个重1磅，是空心的。伽利略拿着铁球，望着塔下。下面围满了前来看热闹的人们，大家议论纷纷，很多人认为这个年轻人疯了，居然敢质疑伟大的亚里士多德的理论。
实验开始了，伽利略同时松手，两个铁球平行下落，几乎同时落在了地面上。所有的人都目瞪口呆了，他们实在不敢相信亚里士多德居然也会出错。然而，伽利略的实验却说明一切。
伽利略孜孜不倦地探索着自然科学的奥妙，为了验证自己的某些结论，他还发明了许多器具。在1609年，他创制了天文望远镜（后被称为伽利略望远镜），并用来观测天体。他发现月球表面的凹凸不平，并不是人们一直以为光滑的、会发光的，他亲手绘制了第一幅月面图。
次年，他又发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，证实了亚里士多德宇宙理论的谬误。他还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的运行，以及银河是由无数恒星组成等现象。这些发现开辟了天文学的一个新时代。