Il metodo galileiano è una sintesi rigorosa di ragionamento matematico (da cui il nome di “Scienza Nuova” perché la matematica per la prima volta diventa strumento di interpretazione della realtà naturale) e sperimentazione concreta.
Il processo a cui Galileo sottopone la realtà “sensibile” passa attraverso l’osservazione diretta del fenomeno naturale, (la «sensata esperienza» di cui parla più volte nelle sue opere) e la sua traduzione in termini scientifici che egli desume dall’analisi matematica. La fase successiva prevede l’elaborazione dei dati effettuata sempre sulla base di una “dimostrazione matematica” per approdare, infine, a un esperimento che confermi il risultato riscontrato dall’esperienza.
Galileo sostiene, nel Saggiatore, che lo scienziato nelle sue indagini deve attenersi all’esperienza derivata dai dati sperimentali che l’autore definisce il «libro della natura». A sostegno e dimostrazione del suo pensiero scientifico Galileo affronta nel Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano la questione fondamentale dell’epoca: la veridicità delle nuove teorie copernicane contro quelle tradizionali tolemaiche. Il Dialogo divenne così la più efficace dimostrazione dell’inconsistenza scientifica che minava le posizioni dei tradizionalisti.