Üzerinde on altı yıl çalıştığı İki Büyük Dünya Sistemi Hakkında Diyalog nedeniyle engizisyonda yargılandı, ev hapsine mahkûm edildi. Mahkûmiyeti sırasında ikinci başyapıtı İki Yeni Bilim Üzerine Diyalog'u tamamladı. Her iki yapıt da kısa sürede pek çok dile çevrildi ve modern bilimin başlangıcı olarak tarihe geçti. Diyaloglar ne yalnızca astronomi ne de fizik kitabıdır. Otoriteyi temsil eden Aristoteles düşüncesiyle sıkı bir polemik yürütürken, aynı zamanda gözlemsel, deneysel, kuramsal birikimiyle Galileo, "doğanın yazıldığı dili" yeniden keşfederek, matematiği temel alan kendi yeni fiziğini kurar. Galileo'nun hakim sınıfa değil, sıradan okura sunduğu diyaloglar anlaşılması kaygısıyla Latince yerine İtalyanca kaleme alınmıştır.