望远镜的发明，使人类眼前展现出了一幅崭新的世界图景，极大地拓展了人类的视野，揭开了一个又一个宇宙奥秘。
1590年，伽利略靠着朋友的帮忙，来到了威尼斯的帕多瓦大学任教。威尼斯早被教会摒弃，不受什么宗教裁判所的限制。意大利不少学者都逃来这里，自由地讨论学问。
这时期，他进行了关于地球磁力的研究，发明了温度计，成果累累、多不胜数。他还开了一个小铺子，出售自己发明的天秤、脚规、摆锤等，生意极好。
1609年8月21日上午，天气晴朗、海风习习。伽利略拿着一个一尺来长的圆筒，身后簇拥着一群人，登上威尼斯城的钟楼。他们到达楼顶，极目望去，只见亚德里亚海湾里碧波万顷、水天一色，这正是观海的好天气。
伽利略将那圆筒架在眼上说：“诸位，可曾看到海上有什么船只？”大家齐声说：“海上干干净净，并无一帆一船。”可伽利略说：“天边正有两三艘大商船向我们驶来。”说着他将那圆筒递给大家。果然，人们从圆筒中望见两艘大商船鼓满风帆，破浪而来，把那些人都惊呆了。他们又将圆筒转向西边的市区，透过开着的窗户，人们正在吃饭、下棋、干家务活，都被看得清清楚楚。
原来，前些日子，伽利略听说荷兰一个眼镜商将两片凸凹镜片叠在一起，制成了一个能放大3倍的望远镜，他很快便明白了这其中的道理，并重新做了改进，现在这个望远镜已能放大30倍了，今天他特地到钟楼上来，向人们演示一番。演示完后，他将这宝物献给了威尼斯公爵。公爵大喜，随即下令聘请他为帕多瓦大学的终身教授。
其实，伽利略发明望远镜绝不是为了玩玩新奇。在暗地里，他早就是一个哥白尼学说的拥护者，只是他还没有得到更多的观察数据。他发明了望远镜后，便可把镜头直指天空，好去验证哥白尼讲的是否正确。
1610年1月10日晚上，天气格外晴朗，他又架起望远镜观察月亮。他发现如明镜般的月亮根本不是我们肉眼所见的那样光洁，上面竟是山峦起伏，沟壑纵横。他再将镜头转向木星，发现木星也和地球一样，有月亮似的卫星，而且居然有4个之多。
按照传统的托勒密天文学的观点和圣经所讲，“天”是一个环绕地球的、里三层外三层晶莹透亮的天壳，天空上的星星就分别镶在各层的壳子里。可是现在看到的这些星还能绕着别的星转动，哪里还有什么固定的天壳？他再将望远镜指向银河，原来是无数的星座，多得数也数不清。伽利略欣喜若狂，他推开望远镜大声喊着：“发现了，发现了，哥白尼是对的，布鲁诺是对的，群星在动，地球在动，太阳在动……”