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Realizó importantes descubrimientos en el campo de la astronomía.
Construyo su propio telescopio y fue el primero en observar las manchas solares el relieve lunar, las estrellas que forman la vía láctea , las fases de venus y mercurio... observando júpiter descubrió los cuatro satélites mayores Ganimedes, Calisto, Europa e Lo, y analizo sus movimientos.
En su honor, estos cuatro satélites de júpiter se denominan galileanos .
Defendió la teoría heliocéntrica del universo elaborada por Copernico, aunque la condena de la iglesia le obligo a abjurar públicamente de ella.
De sus obras destacadas diálogos sobre el sistema de los mundos (1632) y discursos y demostración matemática entorno a dos nuevas ciencias relacionadas con la mecánica.