Восхищённый необыкновенным талантом юноши, маркиз стал его другом и покровителем; он представил Галилея тосканскому герцогу Фердинанду I Медичи и ходатайствовал об оплачиваемой научной должности для него. В 1589 году Галилей вернулся в Пизанский университет, теперь уже профессором математики. Там он начал проводить самостоятельные исследования по механике и математике. Правда, жалованье ему назначили минимальное: 60 скудо в год (профессор медицины получал 2000 скудо).

Через год Галилей написал трактат «О движении», а ещё год спустя умер его отец, и ответственность за семью перешла к Галилео. В первую очередь он должен был позаботиться о воспитании младшего брата и о приданом двух незамужних сестёр.

В 1592 году Галилей получил место в престижном и богатом Падуанском университете (Венецианская республика), где преподавал астрономию, механику и математику. Научный авторитет Галилея уже в эти годы был чрезвычайно высок. Годы пребывания в Падуе – наиболее плодотворный период научной деятельности Галилея. Вскоре он стал самым знаменитым профессором в Падуе. Студенты толпами стремились на его лекции.

В эти годы он написал трактат «Механика», который вызвал некоторый интерес и был переиздан во французском переводе. В 1604 году на Галилея поступил донос в инквизицию – его обвинили в занятии астрологией и чтении запрещённой литературы. Падуанский инквизитор Чезаре Липпи, симпатизировавший Галилею, оставил донос без последствий.

Появление в 1604 году новой звезды, называемой сейчас сверхновой Кеплера, пробуждает всеобщий интерес к астрономии, и Галилей выступает с циклом частных лекций. Узнав об изобретении в Голландии зрительной трубы, Галилей в 1609 году конструирует собственноручно первый телескоп и направляет его в небо. Галилей открыл горы на Луне, Млечный Путь при приближении распался на отдельные звёзды, но особенно поразили современников обнаруженные им четыре спутника Юпитера. Сейчас они носят более подходящее название «галилеевых спутников».

В 1610 году Галилео Галилей, рассмотрев в свой телескоп Сатурн, обнаружил, что этот небесный объект выглядит не как единое тело, а как три отдельных, почти касающихся друг друга. Он предположил, что Сатурн имеет два спутника. Спустя полвека нидерландский учёный Христиан Гюйгенс с помощью телескопа с 93-кратным увеличением доказал, что увиденные Галилеем «пятна» на самом деле являются кольцами.

Однако известно, что Галилей страдал врождённой глазной болезнью и скончался, будучи полностью слепым. И вот уже в XXI веке учёные из Института и музея истории науки во Флоренции решили установить, что действительно видел Галилей в телескоп при его зрении. Для этого они намерены вскрыть могилу Галилея и получить образец ДНК великого учёного, чтобы с её помощью поставить ему офтальмологический диагноз…

Но вернёмся к биографии великого математика и астронома. К Галилею приходит всеобщее признание. Он становится самым знаменитым учёным Европы, в его честь сочиняются оды, где он сравнивается с Колумбом. Французский король Генрих IV 20 апреля 1610 года, незадолго до своей гибели, просил Галилея открыть и для него какую-нибудь звезду.

Общеевропейская слава и нужда в деньгах толкнули Галилея на губительный, как позже оказалось, шаг: в 1610 году он покидает спокойную Венецию, где он был недоступен для инквизиции, и перебирается во Флоренцию.

Герцог Козимо II Медичи, сын Фердинанда I, обещал Галилею почётное и доходное место советника при тосканском дворе. Слово он сдержал, что позволило Галилею избавиться от огромных долгов, накопившихся после выдачи замуж двух сестёр.