Фізику називають експериментальною і точною наукою, закони якої ґрунтуються на фактах, встановлених дослідним шляхом, і формулюються за допомогою математики. Такою вона почала формуватися саме завдяки Галілею.
До Галілея «фізика» – вчення про природу – становила частину філософії і ґрунтувалася на принципах філософії Аристотеля. Ця філософія поділяла світ на небесний, де відбуваються досконалі кругові рухи, що не мають ні початку, ні кінця, і земний, де рухи мають початок і кінець, а предмети рухаються відповідно до своєї природи (якості), зокрема важкі падають донизу, а легкі піднімаються догори. Рухи предметів поділяються на природні і насильницькі, а властивості тіл «пояснюються» їх «природою» (якістю).
Галілей проголосив необхідність кількісного вивчення явищ. Він стверджував: «Книга природи написана мовою математики, її літерами служать трикутники, кола та інші математичні фігури, без допомоги яких людині неможливо зрозуміти її мову; без них – марні блукання в лабіринті»; «Той, хто хоче вирішувати питання природничих наук без допомоги математики, ставить нездійсненне завдання. Слід вимірювати те, що можна виміряти, і робити таким, що можна виміряти, те, що не вимірюється».
Галілей виступив проти пояснення властивостей тіл їх природою (якістю) і у своїх творах ґрунтувався на ідеях противників філософії Аристотеля – античних атомістів (матеріалістів). Атомісти так малювали картину світу: «лише в загальній уяві існує солодке, в уяві гірке, в уяві тепле, в уяві холодне, в уяві колір, насправді ж існують лише атоми і пустота» (Демокріт); «...атоми не мають ніяких властивостей предметів, доступних чуттєвому сприйняттю, крім форми, ваги, величини і всіх тих властивостей, які за необхідності з’єднані з формою. Бо всяка властивість змінюється, а атоми аніскільки не змінюються… » (Епікур).
Галілей теж стверджував: «Ніколи я не стану від зовнішніх тіл вимагати що-небудь інше, ніж величина, фігури, кількість і більш-менш швидкі рухи, для того щоб пояснити виникнення відчуттів смаку, запаху і звуку; і думаю, що якби ми усунули вуха, язики, носи, то залишилися б тільки фігури, числа і рухи, але не запахи, смаки і звуки, які, на нашу думку, поза живою істотою є нічим іншим, як тільки пустими іменами».
На основі цієї ідеї – пояснювати усі явища механічними рухами середовищ і частинок, шукати механізм явищ – створювалися теорії класичної фізики.
Галілей також розробив експериментальний метод дослідження природи, який включає проведення експериментів, їх аналіз, формулювання на основі аналізу певних припущень і всебічну експериментальну перевірку цих припущень. Зокрема, цей метод Галілей застосував при дослідженні падіння тіл. Він почав з припущення про те, що тіла падають з постійним прискоренням. З цього припущення Галілей математично отримав висновок про те, що при русі з постійним прискоренням шлях, пройдений тілом, пропорційний часу у квадраті. Цей висновок Галілей перевірив, досліджуючи рух куль по похилій площині з різними кутами нахилу.
Зрозуміло, що за віки, які пройшли після досліджень Галілея, фізика суттєво розвинулася і змінилася, але головне з того, що ним було введено у фізику, – пошук кількісних залежностей, пошук механізму явищ, поєднання теорії і експерименту – залишається незмінним.