伽利略对物理学的主要贡献有:提出相对性原理,由于当时主要是力学也有人称其为力学相对性原理；提出惯性定律.虽然今天我们理解的惯性定律是笛卡儿第一次正确表述的,但人们通常仍称为伽利略惯性定律；正确地描述了自由落体运动规律.由于重量和质量成正比.也有人把这个描述称为牛顿第二定律的雏形；给出伽利略坐标变换和速度合成定律；发明伽利略天文望远镜以及在天文学上的贡献。
1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的实验，得出了重量不同的两个铁球同时下落的结论。
从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900多年之久的错误结论。
关于自由落体实验，伽利略做了大量的实验，他站在斜塔上面让不同材料构成的物体从塔顶上落下来，并测定下落时间有多少差别，结果发现，各种物体都是同时落地，而不分先后，也就是说，下落运动与物体的具体特征并无关系，无论木制球或铁制球，如果同时从塔上开始下落，它们将同时到达地面。
伽利略通过反复的实验，认为如果不计空气阻力，轻重物体的自由下落速度是相同的，即重力加速度的大小都是相同的。
牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，是以实验为基础，但又不是完全通过实验得出。
伽利略研究运动学的方法是把实验和数学结合在一起，既注重逻辑推理，又依靠实验检验。
他对光滑斜面的推论是通过实验观察，并推论得到的。
但是这个完全光滑的斜面在现实中不存在，因为无法将摩擦力完全消除，因此理想斜面实验属于伽利略的逻辑推理部分。
伽利略是推论，而真正作为惯性定律提出的是牛顿。