Galileo observerade inte något som definitivt bevisade att solsystemet var heliocentriskt. Istället gjorde han en serie observationer som tillhandahöll starka bevis som stödde den heliocentriska modellen och motsatte sig den rådande geocentriska modellen (jordcentrerad). Här är vad han observerade:

* faser av Venus: Galileo observerade att Venus går igenom faser precis som månen (ny, halvmåne, gibbous, full). Detta var bara möjligt om Venus kretsade solen, inte jorden. I den geocentriska modellen skulle Venus alltid visas som en halvmåne eller full skiva, aldrig som en gibbös fas.

* månar av Jupiter: Galileo upptäckte fyra månar som kretsade Jupiter. Detta var betydelsefullt eftersom det visade att inte allt kretsade runt jorden och strider mot den geocentriska modellen.

* Sunspots: Galileo observerade mörka fläckar på solen, vilket indikerade att solen inte var perfekt, en grundläggande tro på den geocentriska modellen. Han noterade också att fläckarna rörde sig och föreslog att solen roterade.

* Observationer av Vintergatan: Galileo använde sitt teleskop för att se att Vintergatan består av otaliga stjärnor och utmanade den geocentriska modellens syn på Vintergatan som en lysande dis.

Medan Galileos observationer var kraftfulla bevis för den heliocentriska modellen, bevisade de inte slutgiltigt. Det vetenskapliga samfundet var tveksamt att helt omfamna heliocentrism på grund av kraften i den geocentriska modellen och religiösa invändningar. Det tog mer tid och bevis från andra forskare för att heliocentrism skulle bli allmänt accepterad.