Medan han inte uppfann teleskopet förbättrade han dess design avsevärt och använde det för att göra banbrytande astronomiska observationer:

* faser av Venus: Galileo observerade faserna i Venus, liknande månen. Detta kunde bara förklaras om Venus kretsade solen, inte jorden.

* månar av Jupiter: Galileo upptäckte fyra månar som kretsade Jupiter och visade att inte alla himmelkroppar kretsade runt jorden.

* Sunspots: Han observerade solfläckar och bevisade att solen inte var perfekt som tidigare trott.

* craters on the Moon: Galileos observationer avslöjade att månen inte var en smidig, perfekt sfär utan hade kratrar och berg och utmanade den traditionella utsikten över himlen.

Dessa observationer gav starka bevis för den heliocentriska modellen som föreslagits av Nicolaus copernicus, och utmanade den rådande geocentriska uppfattningen som placerade jorden i centrum av universum.