Aastal 1592 saavutas Galilei enda määramise Padova Ülikooli matemaatikaprofessoriks. Seal oli palk mitu korda suurem, matemaatika õpetamine kõrgemal tasemel ja Venezia vabariigis, mille kooseisu Padova kuulus, oli vabam õhkkond teaduslikuks tööks. Galilei on ise meenutanud Padova perioodi kui oma elu kõige õnnelikumat. Siin valmisid Galilei mitmed tähtsamad leiutised ning ta hakkas koguma materjali raamatute jaoks, mis tegid hiljem tema nime maailmakuulsaks.