当开普勒沉浸在行星运行轨迹的推理演算时，在意大利的朗朗夜空下，伽利略正利用自制望远镜，去发现那些令人陶醉的宇宙奇观了。
伽利略一生博学，在物理和天文学领路取得了巨大成就。关于重力与下降速度的命题，他改变了人类的传统思维。不过那项在比萨斜塔上进行的著名实验，很有可能是一种讹传，因为伽利略在自己的著作中从未提及此事。伽利略对于自然科学最大的贡献，莫过于发明了天文望远镜，并通过其长时间的观测，证明了哥白尼的理论。
他还亲眼看到了众多的卫星，以及太阳上的黑斑，一个真实的天体世界，呈现在人类的肉眼中，而不是此前对于浩渺星空的臆测。有人说：“哥伦布发现了新大陆，而伽利略发现了新宇宙。”“日心说”理论在伽利略之前基本是以假说的姿态呈现给世人，但是现在，它拥有了足够的证据。
很快，伽利略真切的感觉到，发现本身并不是一件难事，困难的是无法改变沿袭了几千年的思维。
耶稣会找上门来，要求他务必在《圣经》和所谓的“日心说”理论之间，做一选择。身为天主教徒的伽利略，深信《圣经》不会错，而是那些注释《圣经》的人咬文嚼字，造成的错误，在那些神圣文字的下面，可能隐藏着另外的含义。“那个赋予我们感觉、理性和智慧的上帝，难道会忍心让我们抛弃这些天赋吗？”
伽利略的阐述，无愧于他虔诚的信仰和学者的良知。
但是，教会却接受不了任何调和，《圣经》的权威性不容任何质疑。1616年，罗马教廷正式宣布：“日心说”理论为异端思想，哥白尼的《天体运行论》为禁书。一位修道士说道：“数学是恶魔的手法，是一切异端的发源地，因此应当把数学家从所有国家里统统赶出去。”伽利略对此十分愤慨：“哥白尼七十年来从未受过骚扰，现在突然之间竟成了异端分子。”
伽利略清楚，意大利还是天主教会的天下，布鲁诺不也是因言获罪的吗，“在这里，每个人都要被迫戴上一个面具，否则就不能生存。”于是他对教廷的命令表示了服从。随后回到佛罗伦萨的乡间别墅里，继续潜心研究，只要不著书立说，教会是不会找这位学界泰斗的麻烦的。
可是他终究难以坚持同日月星辰的孤独对话，真理不能永远自困于一个人的脑海里。伽利略甘愿再次冒险将自己的发现付诸文字，“那些对于天文观察完全外行的顾问们，不该以轻率的禁令来剪断沉思者智慧的羽翼。”这次，伽利略玩弄了一下文字技巧，以较为晦涩的对话形式，闪烁其词的阐述自己的天文学发现。
伽利略是应该能够预见到这样的结局的，天主教会很快便查禁了这本著作，并组成一个专门委员会调查此事。耶稣会教士还上书教皇，认为哥白尼和伽利略的学说比路德和加尔文的异端思想更具危险性。1633年，已经68岁高龄的伽利略被召至罗马，接受审判。
伽利略老迈的身体难以抵御长达四个月的囚禁和审讯，最后不得不屈服，面对施加于自己的宣判，他跪在地上忏悔了自己的言行。据说在宣读自己的悔过书后，伽利略还喃喃自语道：“但地球的确是动的。”
之后，伽利略获准可以返回老家，但基本被剥夺了人身自由，他的健康也每况愈下，于1642年与世长辞，享年78岁。伽利略被判有罪之后，意大利的自然科学家大多移居国外，造成南欧科学界的一蹶不振。
1822年，天主教会被迫承认“日心说”。1983年，罗马教廷宣布，17世纪对于伽利略的审判，是一个错误。