伽利略秉承求真务实的态度，兢兢业业地教学。当时的教材大多是由亚里士多德学派的学者撰写，里面充斥着各种未经实证的思辨和臆想的理论。他不像大多数教授一样不经思索地讲述书中的理论，而是会一丝不苟地验证书里的理论。如果是正确的，他会传授给学生；如果遇到错误，他会犀利地指出来。没想到这份耿直遭到了主流学派的排挤。

当时人们都相信亚里士多德的论断：物体从高空落下的快慢和物体的重量成正比，重者下落快，轻者下落慢。但是伽利略通过实验发现，亚里士多德说的是错误的。他认为，相同材料的物体经由同一介质下落的时间相同，与物体的重量无关。他把自己的研究结果告诉其他人时，遭到了嘲笑和讥讽。

不甘示弱的伽利略决定用实验说服众人。有一天，他把大家聚集在比萨斜塔周围，自己则爬到塔上。他手里握着两个铁球，一个重10克，一个重1千克。他握住铁球的手同时松开，两个球同时掉到了地上。在场的人无不目瞪口呆。一切争论都烟消云散，事实证明伽利略是正确的。但他质疑亚里士多德的做法，让他失去了教职。

即便如此，伽利略依然认为：“科学的真理不应在古代圣人蒙着灰尘的书中去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。”

后来，伽利略去了当时风气更为开放的帕多瓦大学学习。帕多瓦大学远离罗马教廷，由威尼斯共和国管辖。在这里，伽利略开启了他学术研究的黄金时代。