通过两个重量不同的铁球同时落地的着名实验，发现了在物理学上具有重要地位的落体定理。
1589年，伽利略到比萨大学任教不久，就向当时居统治地位的亚里士多德的物理学原理提出挑战，真是初生牛犊不怕虎。亚里士多德有一个论点：不同重量的物体从同一高度下落的速度与物体的重量成正比。即重的物体下落速度要比轻的物体下落速度快。千百年来，人们从来没有对这个论点怀疑过。
伽利略经过多次实验，发现亚里士多德关于“物体落下的速度和重量成正比”的学说是错误的。他认为，不同重量的物体从同一高度下落，只要所受到的空气阻力、风力等相同，那么速度是相同的，会同时落地。当时，无人相信这种观点，伽利略便决定做一次公开实验，以证明自己的理论。
一天早上，伽利略邀请一些教授到比萨斜塔下观看现场实验。只见他和一名助手拿着10磅和1磅重的铁球各一个，信心十足地登上了斜塔，在上面大声喊道：“请各位注意观察，铁球下来了！”说罢两人同时松手，只听到“咚”的一声响，这两个轻重悬殊的铁球同时落地。
过了一会，他和助手再做了一次实验，结果还是相同。在场观看的教授们一个个目瞪口呆，十分惊讶，但仍不敢动摇对亚里士多德的信念，他们竟认为伽利略在铁球里施加了魔术，反而予以攻击。
这次着名的比萨斜塔实验证明了伽利略的理论是正确的，但学校当局继续对伽利略进行压制和迫害，并取消他的教授职位。1591年，伽利略因无法忍受日益频繁的各种诽谤和排挤，愤然离开了比萨大学。
在友人的帮助下，他又到威尼斯的帕多瓦大学担任数学教授。威尼斯是一个自由氛围很浓的城市，伽利略在这里继续他的实验和研究，经过精确计算，他发现了在物理学上具有重要地位的落体定律。
比萨斜塔实验，具有划时代的意义。它推翻了亚里士多德关于物体降落的速度与重量成正比的错误理论，证明在可忽视空气阻力的条件下，从同样高度自由落下的不同物体同时落地，下落的速度与物体重量无关。