伽利略的铁球实验推翻了亚里士多德的理论。在1589年前，亚里士多德认为物体下落的速度是和物体的重量有关，当日的人们对此也是深信不疑，直到1589年伽利略在比萨的斜塔上用两个形状相同质量不同的铁球做了一个实验，证明了物体下落的速度和和物体的重量并没有关系，从而推翻了亚里士多德的观点。伽利略经过反复的实验证明了不管是木头还是铁球，只要是相同的材质，则其下落的速度是一样的，即加速度是一样的。
伽利略是靠前个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后，他经过长久的实验观察和数学推算，得到了摆的等时性定律，接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间，他深入研究古希腊学者欧几里得，阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了靠前篇题为《天平》的论文。不久又写了论文《论重力》，靠前次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式，因此声名大振。与此同时，他对亚里士多德的许多观点提出质疑。