在研究惯性运动和落体运动并发现惯性原理和自由落体定律的基础上，伽利略又对力学家们普遍关心的抛射体运动进行了研究。
在伽利略以前，人们普遍有一种糊涂观念，认为抛射体，如炮弹，在发射后是沿直线运动的，等到推力耗尽后，即垂直坠落下来。伽利略发现这与实际现象不一致。伽利略曾到威尼斯参观过兵工厂，并参观过他们的枪炮射击表演。于是，伽利略运用他所擅长的实验方法和数学方法，对抛射体运动进行了研究。
首先，伽利略对抛射体运动进行了实验研究。伽利略做了这样一个实验：当一个从倾斜面上滚动到平滑的桌面上的小球，在桌面边缘坠落时，由于小球在斜面上已经获得了一定的初速度，当它坠落时，并不是垂直下落，而是呈半抛物线下落。为什么会这样呢？对于上述现象，伽利略把他所发现的惯性原理和自由落体定律结合在一起进行了分析研究。当小球从桌边落下时，它在半抛物线上的任何一点，都受到垂直下落的引力的作用。由于重力的作用，小球在每一点上也同时具有两种运动：一种是水平的匀速运动，另一种是引力作用下的竖直方向上的落体运动。这两种互不干涉的运动合成的结果，决定了它的轨迹必然是一条抛物线。并对此进行了证明。
随后，伽利略在此基础上，对各种抛射体进行了深入研究，得出抛射体运动的规律：抛射体的运动轨迹是抛物线。一个抛射体在抛物线上任何一点的速度的平方等于两个分运动在该点的速度的平方之和。
伽利略很快将上述规律应用于实践中。对于火炮来说，炮弹运动的轨迹是一条全抛物线。在全抛物线上，抛射体在45°仰角时，它的射程最远。因为在这一角度时，两种速度的合成才具有最大值。从而在理论上揭开了大炮仰角为45°时射程最远之谜。伽利略把他的研究成果应用于军事工程学中，受到普遍的欢迎。同时为军事上非常重要的弹道学奠定了科学基础。
伽利略关于力学研究所取得的一系列成果，是对科学的杰出贡献。他的这些成就已经接近后来由牛顿以更加明确的形式做出的结论，从而为牛顿力学的完成奠定了基础。因此有人称他为被牛顿踏在肩上的力学巨人。伽利略的贡献不仅在于他为力学建立了一系列基本概念和基本定律，而且还在于他把实验方法、分析方法和数学方法综合地运用于力学研究。如在研究惯性运动、落体运动和抛物运动时，伽利略在进行实验研究的同时，始终坚持对实验进行数学分析。惯性原理的发现、自由落体定律的发现、抛物运动规律的发现，都是他把数学分析引入实验研究的结果。因此伽利略是在近代力学中全面引进实验方法的开拓者，同时也是在近代力学中全面引进数学方法的奠基人。在科学方法论方面为近代自然科学开创了一个新的时代，深刻地影响了他同时代和后代的科学家们，成为其后几百年科学发展的基本方法，也使他本人当之无愧地成为近代科学方法论的真正奠基者。因此，17世纪著名英国唯物主义哲学家霍布斯称誉伽利略“第一个给我们打开了通向整个物理学领域的大门”。
