I denne boka argumenterer forfatteren for det kopernikanske, heliosentriske verdensbildet, det vil si at planetene beveger seg i bane rundt solen. Boka regnes som forfatterens hovedverk, og han går her kraftig og polemisk til verks mot Kirkens dogmatiske standpunkt om Jorden som universets midtpunkt. Han redegjør også for sine oppdagelser og sin forskning innen astronomi og fysikk: Venus' faser, Jupiters måner, solflekkenes bevegelser, treghetsloven, loven om fallende legemer, sentrifugalkraften og pendelens prinsipp. Galileo Galilei ble dømt ved kjetterdomstolen i Roma og satt i husarrest resten av sitt liv for dette verket, som sto på den katolske kirkes indeks over forbudte bøker helt til 1835.