Arkhimédész műveinek tanulmányozása a matematika és a természetfilozófia felé fordította. Így matematikát tanított 1589 és 1592 között. Első megjelent művei szintén Arisztotelész szellemében fogantak - igazodva a kor szelleméhez.
"Semmit nem lehet megtanítani egy embernek. Csak segíteni benne, hogy rátaláljon önmagán belül." (Galileo Galilei)
1610-ig Padovában professzorként geometriát, mechanikát és csillagászatot tanított, valamint mechanikai kísérleteket és tanulmányokat folytatott. Itt építette termoszkópját, iránytűket konstruált, és kézikönyvet is írt használatukról. 1594-ben szabadalmaztatta vízemelő gépét, és - egyes források szerint - feltalálta a mikroszkópot. 1610. január 7-én fedezte fel a Jupiter bolygó négy legnagyobb holdját, melyek később Galilei-holdak néven lettek ismertek. Rájött, hogy ezek a holdak keringenek az égitest körül, mivel néha ideiglenesen eltűnnek; ezt a Jupiter mögötti mozgásuknak tulajdonította.
A kijelentés, miszerint egy égitest körül több kisebb égitest kering, átfogó képet adott a geocentrikus világról, aminek a középpontjában a Föld van.
