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Em 1581, Galileu foi matriculado na Universidade de Pisa para se formar em Medicina. No entanto, ao longo do curso, Galileu foi demonstrando menos interesse pela Medicina e mais pela Matemática. Um acontecimento marcante em sua trajetória universitária foi observar um candelabro que balançava de um lado ao outro por conta da força do vento.

Ele observou o fenômeno, o replicou em sua casa e identificou a lei do pêndulo, descobrindo que um pêndulo leva a mesma quantidade de tempo para balançar entre os dois lados. O interesse de Galileu pela Matemática foi reforçada quando ele assistiu, por engano, uma aula de Ostilio Ricci, um professor da Universidade de Pisa.

O pai de Galileu não concordava com o envolvimento de seu filho com a Matemática, mas acabou sendo convencido e o autorizou a estudar o que ele queria. Galileu Galilei passou a estudar com Ostilio Ricci, demonstrando ser um excelente aluno. No entanto, ele não finalizou o curso e abandonou a universidade em 1585.

Após abandonar o curso, Galileu se sustentou por um tempo dando aulas de Matemática para estudantes e passou a buscar oportunidades em universidades. Em 1589, ele conseguiu um contrato de três anos para trabalhar na Universidade de Pisa, e um acontecimento o marcou durante esse período.

Ele conseguiu provar que uma teoria que se sustentava desde o tempo de Aristóteles estava incorreta. Essa teoria afirmava que objetos de massa mais pesada caíam mais rápido em direção ao solo do que objetos de massa mais leve. Muitas biografias de Galileu afirmam que ele teria subido no topo da Torre de Pisa para provar que essa teoria estava incorreta.

Nesse experimento, ele teria lançado dois objetos do alto da torre, sendo um objeto mais leve que o outro. Ambos chegaram ao solo ao mesmo tempo, comprovando, assim, que a teoria de Aristóteles estava incorreta. Entretanto, muitos historiadores afirmam que esse experimento não teria acontecido.

Em 1592, Galileu se mudou para Pádua, onde trabalhou na Universidade de Pádua, ensinando disciplinas como Geometria e Astronomia. Durante o período em que esteve na cidade, Galileu conduziu estudos inovadores que o levaram a fabricar objetos importantes, sendo que um deles era uma espécie de termômetro, o primeiro objeto capaz de medir a temperatura na história.

Esse termômetro rudimentar ficou conhecido como termoscópio. Outra invenção significativa sua foi uma espécie de compasso, muito utilizado por militares até meados do século XIX. A criação desses objetos permitiu que Galileu pudesse ganhar um rendimento extra.

Todo o trabalho desenvolvido por Galileu Galilei garantiu que seu nome se destacasse entre os intelectuais da península Itálica. As grandes realizações de sua carreira acadêmica e científica se deram no campo da Astronomia, a começar pela construção de um telescópio em 1609.

Ele decidiu construir seu próprio telescópio depois que começou a correr a notícia de que Hans Lippershey, um fabricante de óculos holandês, havia inventado esse aparelho. Galileu conseguiu desenvolver um telescópio três vezes mais potente do que o de Lippershey. Tempos depois, o físico produziu um aparelho dez vezes mais potente.

Com o telescópio em mãos, Galileu deu início a seus estudos no campo da Astronomia gozou de enorme popularidade. Ele passou a fazer observações astronômicas e identificou, por exemplo, que a superfície da lua era completamente diferente do que se imaginava, possuindo muitas imperfeições, crateras etc.

Galileu também se dedicou a observar Júpiter, a partir de um telescópio aprimorado em 30 vezes. As observações do astrônomo o levaram a perceber que o planeta era rodeado de pequenas estrelas. Posteriormente, ele percebeu que não eram estrelas, mas, sim, pequenos satélites que orbitavam Júpiter.

A partir dessa constatação, Galileu passou a questionar o modelo ptolomaico, que declarava que a Terra era o centro do Universo e que os outros planetas giravam em torno dela. O astrônomo concordou com a teoria proposta por Nicolau Copérnico: na verdade, o Sol era o centro do Universo.

Galileu Galilei realizou outras observações em planetas como Vênus, Netuno e Saturno. Essas observações reforçaram a posição de Galileu de que os planetas orbitavam ao redor do Sol. A defesa dessa posição era um risco para ele, uma vez que o pensamento reconhecido pela Igreja Católica na época era de que o Sol e os planetas orbitavam a Terra.