伽利略是第一個把實驗引進力學(xué)的科學(xué)家,他利用實驗和數(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)過長久的實驗觀察和數(shù)學(xué)推算,得到了擺的等時性定律.接著在1585年因家庭經(jīng)濟困難輟學(xué).離開比薩大學(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出了第一篇題為《天平》的論文.不久又寫了論文《論重力》,第一次揭示了重力和重心的實質(zhì)并給出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)表達式,因此聲名大振.與此同時,他對亞里士多德的許多觀點提出質(zhì)疑.
在1589～1591年間,伽利略對落體運動作了細致的觀察.從實驗和理論上否定了統(tǒng)治千余年的亞里士多德關(guān)于“落體運動法則”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同時落地,下落的速度與重量無關(guān).根據(jù)伽利略晚年的學(xué)生V.維維亞尼的記載,落體實驗是在比薩斜塔上公開進行的,但在伽利略的著作中并未明確說明實驗是在比薩斜塔上進行的.因此近年來對此存在爭議.
伽利略對運動基本概念,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)表達式.尤其是加速度概念的提出,在力學(xué)史上是一個里程碑.有了加速度的概念,力學(xué)中的動力學(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慣性定律（見牛頓運動定律）和外力作用下物體的運動規(guī)律,這為牛頓正式提出運動第一、第二定律奠定了基礎(chǔ).在經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立上,伽利略可說是牛頓的先驅(qū).
伽利略還提出過合力定律,拋射體運動規(guī)律,并確立了伽利略相對性原理. 伽利略在力學(xué)方面的貢獻是多方面的.這在他晚年寫出的力學(xué)著作《關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》中有詳細的描述.在這本不朽著作中,除動力學(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)于梁的彎曲試驗和理論分析,正確地斷定梁的抗彎能力和幾何
尺寸的力學(xué)相似關(guān)系.他指出,對長度相似的圓柱形梁,抗彎力矩和半徑立方成比例.他還分析過受集中載荷的簡支梁,正確指出最大彎矩在載荷下,且與它到兩支點的距離之積成比例.伽利略還對梁彎曲理論用于實踐所應(yīng)注意的問題進行了分析,指出工程結(jié)構(gòu)的尺寸不能過大,因為它們會在自身重量作用下發(fā)生破壞.他根據(jù)實驗得出,動物形體尺寸減小時,軀體的強度并不按比例減小.他說：“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.”