Первой его теоретической работой было исследование о центре тяжести тел, написанное вскоре же после начала изучения им математики. В этой работе Галилей показал себя хорошим геометром. Его исследование в духе статики Архимеда обратило на себя внимание упомянутого ранее геометра Гвидо Убальди дель Монте.
Этот ученый очень знатного происхождения пользовался большим влиянием. По его рекомендации Галилей в возрасте двадцати пяти лет был приглашен на должность профессора в университет Пизы, покинутый им для занятий математикой. Он должен был преподавать студентам элементарную геометрию по Евклиду и излагать школьную астрономию по Птолемею.
Понятно, что эти занятия не увлекали Галилея. Все интересы великого ученого уже тогда сосредоточились на механике. Равновесие и движение тел — вот над чем размышлял молодой Галилей в свободное время.
Чтобы найти законы движения, например свободного падения тел, нужно было оторваться от представлений статики. Динамика была новой областью исследования. Общепринятое тогда деление движений на «естественные» и «насильственные» только затуманивало вопрос о движении тел.
Став открытым противником механики Аристотеля, Галилей приобрел много врагов. Профессора Пизанского университета увидели в нем опасного противника схоластики. Они создали невыносимую для Галилея обстановку, и молодой ученый должен был оставить университет Пизы, хотя срок его договора еще не истек.
Тогда покровительствовавший Галилею Убальди дель Монте помог ему перейти в 1592 году в университет Падуи.
В этом городе Галилей продолжал как свои теоретические исследования, так и занятия техникой. Он устроил там мастерскую, в которой изготовлял различные приборы и инструменты. Желающим изучать технические науки он преподавал искусство сооружения крепостей, баллистику и топографическую съемку.
От практических вопросов баллистики Галилей перешел к теоретическим исследованиям движения тел.
В Падуе Галилей начал свою раннюю работу — «О движении», в набросках к которой отразилось негодование молодого исследователя по поводу невежества его противников. Да и сам Галилей, получивший схоластическое образование, еще испытывал затруднения в изложении своих идей.
Но позднее, работая над сочинением «Учение о движении под действием тяжести», законченным в 1609 году, Галилей уже показал себя замечательным исследователем. В этой работе он изложил и результаты своих наблюдений над падением тел, сбрасываемых с высоты.
Даже в этих ранних работах Галилей полностью отказался от умозрительных методов аристотелианцев.