伽利略支持哥白尼的日心说主要是分为两部分。

第一部分，他发明的望远镜摧毁了亚里比多德时代天体是完美无瑕的学说，发现了月球的表面是凹凸不平的、太阳表面有太阳黑子而且呈周期性变化、金星有周期性变化、土星有四颗卫星等天文现象。1610年他出版了《星空信使》一书，这本书对哥白尼学说进行了有力的支持，同时对教会也是一种无情的打击。1632年他出版了《关于托米勒和哥白尼两大世界体系的对话》，他以出色的辩论才能和铁的证据，从理论上论证了哥白尼的日心说。

第二部分，伽利略通过奠基经典力学推翻了亚里士多德的运动原理，重新评价了运动的概念，初步提出了惯性定律，从而有力的论证哥白尼的日心说。他在力学研究方面所建立的力、重心、速度、加速度、惯性参照物等物理学概念以及摆的定律、惯性定律、落体运动定律、运动独立性原理与运动的合成、分解定律、运动的相对性原理，奠定了经典力学的运动学和动力学基础。