Galilée a étudié de nombreux projets, il découvre la nature de la Voie lactée, dénombre les étoiles de la constellation d’Orion et constate que certaines étoiles visibles à l’œil nu sont en fait des amas d’étoiles. Il étudie également les taches solaires sur le soleil. Le 7 janvier 1610, Galilée fait une découverte capitale : il remarque trois petites étoiles à côté de Jupiter. Après quelques nuits d’observation, il découvre qu’il y en a une quatrième et qu’elles accompagnent la planète. Ce sont les satellites visibles de Jupiter, qu’il nommera plus tard les étoiles Médicées ou astres médicéens, en l’honneur de ses protecteurs, la Famille des Médicis, Grands Ducs de Toscane. Les satellites de Jupiter (aujourd’hui appelés lunes galiléennes) seront baptisés Callisto, Europe, Ganymède et Io. Pour Galilée ses satellites sont un modèle du système solaire. Grâce à eux, il pense pouvoir démontrer que les « orbes de cristal » d’Aristote n’existent pas et que tous les corps célestes ne tournent pas autour de la Terre. Il corrige aussi certains coperniciens qui prétendent que tous les corps célestes tournent autour du Soleil (sauf la Lune).Galilée prouve aussi l’existence de montagnes sur la Lune et estime même leur hauteur à 7 000 mètres, c’est encore plus grand que les montagnes connues à l’époque, sur Terre.Quand Galilée publie son Sidereus Nuncius (Messager Céleste), il pense que les montagnes lunaires sont plus élevées que celles de la Terre, bien qu’en réalité elles soient équivalentes.