Galileo no observó nada que demostró definitivamente que el sistema solar era heliocéntrico. En cambio, hizo una serie de observaciones que proporcionaban pruebas fuertes que respaldaban el modelo heliocéntrico y contradecían el modelo geocéntrico prevaleciente (centrado en la tierra). Esto es lo que observó:

* Fases de Venus: Galileo observó que Venus pasa por fases al igual que la luna (nueva, media media, gibosa, completa). Esto solo era posible si Venus orbitaba el sol, no la tierra. En el modelo geocéntrico, Venus siempre aparecería como una media luna o un disco completo, nunca como una fase gibosa.

* lunas de Júpiter: Galileo descubrió cuatro lunas orbitando a Júpiter. Esto fue significativo porque demostró que no todo giraba alrededor de la tierra, contradiciendo el modelo geocéntrico.

* manchas solares: Galileo observó manchas oscuras en el sol, lo que indica que el sol en sí no era perfecto, una creencia central del modelo geocéntrico. También señaló que los puntos se movieron, lo que sugiere que el sol estaba girando.

* Observaciones de la Vía Láctea: Galileo usó su telescopio para ver que la Vía Láctea está compuesta por innumerables estrellas, desafiando la visión del modelo geocéntrico de la Vía Láctea como una neblina luminosa.

Si bien las observaciones de Galileo fueron evidencia poderosa para el modelo heliocéntrico, no lo demostraron de manera concluyente. La comunidad científica dudaba en abrazar completamente el heliocentrismo debido al poder del modelo geocéntrico y las objeciones religiosas. Tomó más tiempo y evidencia de otros científicos para que el heliocentrismo fuera ampliamente aceptado.