Через четыре года Галилей из-за недостатка средств вынужден был покинуть Пизанский университет. Он вернулся в дом отца, который тогда проживал во Флоренции. Здесь он познакомился с математиком Риччи, преподавателем Флорентийской художественной академии, который оказал на него большое влияние. В частности, по указанию Риччи Галилей в совершенстве усвоил «Начала» Евклида, о которых раньше имел смутное представление.
22 лет Галилей написал первую свою научную работу «Маленькие гидростатические весы». В 1589 году, когда Галилею исполнилось 25 лет, он назначается профессором математики в Пизанский университет, где когда-то учился сам. Хотя профессорское жалованье было небольшое, но и ему радовался Галилей, так как дела отца шли плохо, и жить на иждивении старика стало невыносимо. В университете ему вменялось в обязанность читать курс элементарной геометрии и разъяснять («комментировать») студентам вершину древнегреческой геометрической мудрости — «Начала» Евклида, а также вести занятия по астрономии в рамках геоцентрической системы Птолемея.
В Пизанском университете Галилей производит первые астрономические наблюдения и изучает законы движения свободно падающих тел. Для изучения законов падения Галилей использовал знаменитую пизанскую «падающую башню» (высота — около 55 м, отклонение от вертикали — 4,3 м), с вершины которой бросал к подножию различные тела.
Происки и козни реакционных преподавателей скоро сказались на судьбе молодого профессора. Им было не по нутру свободное толкование Галилеем идей Аристотеля, которого они считали непогрешимым.
Но, как говорят, нет худа без добра. В это время ученый получает лестное приглашение в Падуанский университет, который пользовался тогда славой далеко за пределами Италии (в этом университете училось много иностранных студентов).
В Падуе Галилей читал курс астрономии и писал учебное руководство по этому предмету. Уже тогда он был коперниканцем. Но для маскировки на лекциях придерживался официальных воззрений Птолемея-Аристотеля.
18-летний падуанский период Галилей считал самой счастливой порой своей жизни. В это время он написал «Трактат по механике», «Руководство к познанию сферы», «Обращение с геометрическим военным циркулем» и т. д.
Вторую половину жизни Галилей отдает главным образом астрономическим исследованиям и пропаганде гелиоцентрического учения Коперника и Джордано Бруно. Основными работами этого периода являются «Звездный вестник» (1610), «О солнечных пятнах» (1613), наконец, трактат, который явился манифестом воинствующего коперниканства — «Диалог о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой» (1632).