伽利略留给后世的著作中，最重要的应该是他的两部《对话》。一部是1632年出版的《关于托勒密与哥白尼两大世界体系的对话》（Dialogo Sopra i due Massimi Sistemi del Mondo, Ttolemaico, e Copernicono），另一部是1638年出版的《关于两门新科学的对话》（Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, Intorno a due Nuove Scienze）。
在中国，较多被公众所知的是前一部。此书中译本于1974年由上海人民出版社出版，是据英译本翻译的，翻译质量极佳。正文600页，定价1.50元人民币（我确实没有写错！）。可惜多年来早已芳踪难觅，直到2006年才终于由北京大学出版社出了此书的插图新版。
在《关于托勒密与哥白尼两大世界体系的对话》中，伽利略假托三位上流社会人士在四天中对话的形式——这种对话形式是西方一直很流行的（想想柏拉图的对话和后来《十日谈》之类的作品吧）。两个高贵而机智的贵族是沙格列陀和萨尔维阿蒂，“以纯粹的沉思而不以快乐的追求为最大乐事”；另一个是“逍遥学派哲学家”辛普利邱，代表哥白尼理论的反对者，他“在领悟真理方面最大的障碍，看来是由于他因解释亚里士多德而获得的声誉”。表面上看伽利略只是记录三人的谈话，似乎不偏不倚，但实际上他总是让那位辛普利邱理屈词穷。这样他就在实际上宣传并支持了哥白尼学说。
1632年出版的《关于托勒密与哥白尼两大世界体系的对话》
伽利略的第一部“对话”——《关于托勒密与哥白尼两大世界体系的对话》中译本封面
伽利略在书中回避了那些比较复杂的问题（比如木卫的蚀），专就一系列能够向公众解释清楚的问题展开。书中对于每一个问题，都循循善诱，步步推进，使读者能够心服口服，而且真正明白。今日读来，简直就是一本极妙的科普著作。
由于伽利略的任务并不仅限于在物理、数学或逻辑上与对手辩论——要是这样的话事情倒简单了，他还要和那时禁锢着人们思想的亚里士多德学说进行斗争，而这就要涉及那个时代的意识形态问题。所以他的有些辩论技巧，是颇值得欣赏的。比如当辛普利邱在某个事实面前实在无话可说了，却仍然说“如果不是亚里士多德的课本上讲的和这相反，我将不得不承认它是事实”——也就是说，他宁肯不承认事实也要信仰亚里士多德。对此，伽利略说：“你难道会怀疑，如果亚里士多德会看到天上的那些新发现，他将改变自己的意见，并修正他的著作，俾能包括那些最合理的学说吗？那些浅薄到非要继续坚持他曾经说过的一切话的那些鄙陋的人，难道不会被他抛弃吗？”
在我们以往的公众读物中，伽利略通常被描述成哥白尼学说的宣传者和某种程度的殉道者。其实在伽利略早期手稿中，他曾断然拒斥哥白尼学说，并且支持托勒密理论。事实上他直到1597年——哥白尼理论问世之后54年——才表示相信哥白尼学说，而且仅仅在一本不那么为人所知的书《太阳黑子通信集》中唯一一次明确表示支持哥白尼天文学。在其他场合他都谨慎地回避这个问题。他当然是个聪明人，为了尽可能地保护自己，采取了许多策略性的做法，不幸的是最终仍未逃过惩罚。第一部《对话》出版之后，他在罗马受到审判，并被迫承认哥白尼学说是错误的。对伽利略终身监禁的判决，后来减缓为在家居住，但是由大主教“监管”。
在监管下伽利略继续写作。《关于两门新科学的对话》1638年在荷兰出版。此书在科学史上的意义实际上要大于第一部《对话》。所谓“两门新科学”，指的是材料强度和运动学。在此书中，伽利略奠定了运动学的基础。特别是，他通过对炮弹从射出炮口到落地的轨迹是一条数学上的抛物线的论证，对于运动在不同方向上的分量，以及这些分量在各种情况下的叠加与合成，给出了完美的解决。此书被视为近代物理学的基石之一，其处理问题的思路和手法则成为近代科学的典范。所以爱因斯坦说“他就是近代物理学之父——事实上是近代科学之父”。
与第一部《对话》相比，《关于两门新科学的对话》中的许多内容要更艰深一些，书中有大量的“定理”、“命题”和“问题”，而且因为那时还没有微积分这样的数学工具，所以伽利略的许多证明只能采用相当繁琐的几何证明。当然，在说服辛普利邱时，他仍然花费了许多篇幅进行通俗解释。
出版于1638年的《关于两门新科学的对话》
出版于1638年的《关于两门新科学的对话》内页
伽利略的这两部《对话》，出场的都是沙格列陀、萨尔维阿蒂和辛普利邱这三个人物，而且都是在四天中的谈话。这种完全一样的形式和结构，也许很容易让人一不留神就搞错。我可以用一则学术八卦来证明这一点。
2002年，史蒂芬·霍金主编的《站在巨人的肩上——物理学和天文学的伟大著作集》一书出版，其中收集了哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿和爱因斯坦五位科学伟人的代表性著作各一种。2005年此书中译本出版，书中所收的伽利略的第二部《对话》至此才有了中译本。在霍金此书中译本的新闻发布会上，大家众口一词称赞辽宁教育出版社出版此书对于中国学术界的功德。
当时我悄悄告诉中译本署名第一的译者张卜天博士，说中译本“前言”第一页上有一处硬伤——将伽利略的第一部《对话》误作第二部《对话》了。张博士很吃惊，表示“这几乎是不可能的”，我说你回去查对就会知道。过了一些日子，张博士告诉我，中译本没有错，因为英文原版上就是如此！
后来我也查对了英文原版，确实就是如此。这就是说，此处连霍金本人也将伽利略这两部《对话》搞错了！这倒是一个不太容易原谅的错误——因为霍金还在本书中写了一篇伽利略的“生平和著作”呢。这件事后来成为朋友们拿我开玩笑的题目，玩笑是非常夸张的：“你真牛，连霍金的错误都发现了！”
霍金主编的《站在巨人的肩上——物理学和天文学的伟大著作集》原版封面。书中收有伽利略的第二部“对话”——《关于两门新科学的对话》