Hij heeft de telescoop niet uitgevonden, maar hij verbeterde deze aanzienlijk en gebruikte deze om de hemel in ongekende details te observeren. Hierdoor kon hij:

* Observeer het oppervlak van de maan: Hij ontdekte bergen en kraters op de maan, wat bewees dat het geen soepele, perfecte sfeer was zoals destijds werd geloofd.

* Ontdek de fasen van Venus: Hij observeerde het volledige scala aan fasen van Venus, vergelijkbaar met de maan, die het heliocentrische model van het zonnestelsel ondersteunden.

* Observeer Jupiter's Moons: Hij ontdekte vier manen in een baan om Jupiter, die opnieuw het geocentrische model uitdaagde dat de aarde in het midden van het universum plaatste.

* Sunspots observeren: Hij observeerde donkere vlekken op de zon, wat suggereert dat het niet perfect en onveranderlijk was zoals eerder geloofde.

Galileo's observaties met de telescoop brachten een revolutie teweeg in ons begrip van het universum en speelden een sleutelrol in de wetenschappelijke revolutie.