Galileo sa postavil za Kopernika. Panuje názor, že heliocentrický astronomický obraz sveta obhájil odbornejšie Kepler, zatiaľ čo Galileo urobil viac v utváraní nového fyzikálneho obrazu sveta. Aristotelovu tézu, že „všetko pohybujúce sa niekto pohybuje“, Galileo jednoznačne vyvrátil a vyriešil i stáročia skúmanú problematiku voľného pádu. Odpoveď na to, prečo Galileo neprijal Keplerov obraz stavaný na elipsách, dáva Galileova mechanika. Mechanický obraz sveta oprel o princíp rovnomerného priamočiareho a kruhového pohybu – a do tohto obrazu Keplerove elipsy nezapadali.

Galileo však narazil na odpor kardinála Roberta Bellarmina, ktorý sa obával rozporu medzi Kopernikovým modelom a učením Svätého písma. Roku 1616 ho kardinál Bellarmino napomenul, že nesmie obhajovať Kopernikovu astronómiu, pretože stojí proti doktríne cirkvi. Dostal však povolenie „matematicky“ sa venovať problematike aj z kopernikovského uhla pohľadu. Od toho času bádal v ústraní vo Florencii.

Keď sa v roku 1623 stal pápežom jeho priateľ Maffeo Barberini, ktorý prijal meno Urban VIII., Galileo si myslel, že cirkev bude jeho učeniu naklonená. V roku 1630 sa vrátil do Ríma, aby zvrátil dekrét z roku 1616 a získal práva publikovať spis Dialóg o dvoch najvýznamnejších systémoch sveta, Ptolemaiovom a Kopernikovom. Galileova práca, publikovaná v roku 1632 vo Florencii, bola vedecky i literárne majstrovským dielom.

Spis vyvolal okamžitú reakciu. V októbri 1633 Galilea predvolala Svätá stolica do Ríma a pred inkvizíciou bol donútený odvolať svoje názory. V odvolaní píše: „Prisahám, že som vždy veril, verím aj teraz a s božou pomocou veriť budem aj v budúcnosti všetkému, čo Svätá katolícka a apoštolská cirkev káže a učí. (…) Prisahám, že v budúcnosti nebudem ani hovoriť ani ústne alebo písomne tvrdiť také veci, ktoré by mohli voči mne vyvolať nedôveru.“

Galileo bol potom nútený odísť do vyhnanstva do Sieny. V decembri 1633 mu povolili návrat do jeho domu pri Florencii, kde žil v domácom väzení. Tu pokračoval v štúdiu zákonov mechaniky, zistil zákony kyvadlového pohybu, šikmého vrhu a sformuloval zákon zotrvačnosti pohybu. Výsledky bádania uverejnil roku 1638 v Holandsku. Dielo obsahovalo základy mechaniky a fyzikálnu obhajobu heliocentrizmu. Jeho zdravotný stav bol čoraz horší. V tom istom roku úplne oslepol a smrť jeho dcéry Marie Celesty v roku 1634 znamenala aj stratu posledného zdroja podpory. Napriek rozsudku sa však nikdy nevzdal vedeckej práce. Galileo zomrel 8. januára 1642 v Arcetri.