伽利略是第一個(gè)把實(shí)驗(yàn)引進(jìn)力學(xué)的科學(xué)家,他利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法確定了一些重要的力學(xué)定律.1582年前后,他經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)學(xué)推算,得到了擺的等時(shí)性定律.接著在1585年因家庭經(jīng)濟(jì)困難輟學(xué).離開(kāi)比薩大學(xué)期間,他深入研究古希臘學(xué)者歐幾里得、阿基米德等人的著作.他根據(jù)杠桿原理和浮力原理寫(xiě)出了第一篇題為《天平》的論文.不久又寫(xiě)了論文《論重力》,第一次揭示了重力和重心的實(shí)質(zhì)并給出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)表達(dá)式,因此聲名大振.與此同時(shí),他對(duì)亞里士多德的許多觀點(diǎn)提出質(zhì)疑.
　　在1589～1591年間,伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)作了細(xì)致的觀察.從實(shí)驗(yàn)和理論上否定了統(tǒng)治千余年的亞里士多德關(guān)于“落體運(yùn)動(dòng)法則”確立了正確的“自由落體定律”,即在忽略空氣阻力條件下,重量不同的球在下落時(shí)同時(shí)落地,下落的速度與重量無(wú)關(guān).根據(jù)伽利略晚年的學(xué)生V.維維亞尼的記載,落體實(shí)驗(yàn)是在比薩斜塔上公開(kāi)進(jìn)行的：1589年某一天,伽利略將一個(gè)重10磅,一個(gè)重1磅的鐵球同時(shí)拋下,幾乎同時(shí)落地,在場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)者個(gè)個(gè)目瞪口呆,在大笑中聳聳肩走了.但在伽利略的著作中并未明確說(shuō)明實(shí)驗(yàn)是在比薩斜塔上進(jìn)行的.因此近年來(lái)對(duì)此存在爭(zhēng)議.
　　伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究并給出了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式.尤其是加速度概念的提出,在力學(xué)史上是一個(gè)里程碑.有了加速度的概念,力學(xué)中的動(dòng)力學(xué)部分才能建立在科學(xué)基礎(chǔ)之上,而在伽利略之前,只有靜力學(xué)部分有定量的描述.
　　伽利略曾非正式地提出過(guò)慣性定律（見(jiàn)牛頓運(yùn)動(dòng)定律）和外力作用下物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,這為牛頓正式提出運(yùn)動(dòng)第一、第二定律奠定了基礎(chǔ).在經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立上,伽利略可說(shuō)是牛頓的先驅(qū).
　　伽利略還提出過(guò)合力定律,拋射體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并確立了伽利略相對(duì)性原理.伽利略在力學(xué)方面的貢獻(xiàn)是多方面的.這在他晚年寫(xiě)出的力學(xué)著作《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的談話(huà)和數(shù)學(xué)證明》中有詳細(xì)的描述.在這本不朽著作中,除動(dòng)力學(xué)外,還有不少關(guān)于材料力學(xué)的內(nèi)容.例如,他闡述了關(guān)于梁的彎曲試驗(yàn)和理論分析,正確地?cái)喽旱目箯澞芰蛶缀纬叽绲牧W(xué)相似關(guān)系.他指出,對(duì)長(zhǎng)度相似的圓柱形梁,抗彎力矩和半徑立方成比例.他還分析過(guò)受集中載荷的簡(jiǎn)支梁,正確指出最大彎矩在載荷下,且與它到兩支點(diǎn)的距離之積成比例.伽利略還對(duì)梁彎曲理論用于實(shí)踐所應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了分析,指出工程結(jié)構(gòu)的尺寸不能過(guò)大,因?yàn)樗鼈儠?huì)在自身重量作用下發(fā)生破壞.他根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出,動(dòng)物形體尺寸減小時(shí),軀體的強(qiáng)度并不按比例減小.他說(shuō)：“一只小狗也許可以在它背上馱兩三只同樣大小的狗,但我相信一匹馬也許連一匹和它同樣大小的馬也馱不起.”