他的第三條定律就是關於碰撞的，並且是以運動量守恒原理作為指導原則而提出的。這個定律指出：“一個沿直線運動的物體，不可能使一個處於靜止狀態但具有更大質量的物體運動起來；然而由於總動量是不變的，這個運動的物體在碰撞之後將保持它原來的速度而沿其他方向繼續運動。如果運動物體的質量大於靜止的那個物體的質量，它就能夠帶動後者一起運動，它所失掉的那部分運動（動量）恰恰等於第二個物體所獲得的運動（動量）。”
笛卡兒總結了以下七條具體的碰撞規律：
1.兩個以大小相等、方向相反的速度碰撞的同樣的物體，在碰撞後交換速度；2.如果物體A比物體B大得多，那麼碰撞後它們以相同的速度沿A原來的方向運動；3.如果物體A和物體B大小相等，但A的速度大，那麼A把超過B的速度的一半傳給B；4.如果物體B大於物體A（即使大得不多），而且物體B靜止，則碰撞時物體A將不能推動物體B，而自己反彈回去；5.如果物體A大於物體B，且B靜止，則無論A的速度多麼小，都將推動B沿著自己運動的方向以同樣的速度運動，其中物體A將把與物體B相應的部分運動傳給B；6.如果兩物體相等，且物體B靜止，則B將部分地被推動，A也部分地被彈回。如果A的速度為4，則A留其3，B得其1；7.如果物體B大於物體A，而A的速度大於B的速度，運動方向相同，則可能有三種情況：①若兩物體質量之差小於兩速度之差，則A將傳給B一部分運動；②若兩物體質量之關大於兩速度之差，則A反彈回來，不傳遞運動；③若兩物體質量之差大於兩速度之差，則A傳給B一部分運動，而自己以剩餘的運動反彈回來。
從現在的角度來看，上述的七條規律很像中學物理上的判斷題，可惜的是除第一條適於完全彈性碰撞，第五條適於完全非彈性碰撞外，其餘都是錯誤的。
亞裏士多德的“重物比輕物下落得快，力是維持物體運動的原因”等觀點，一直被人們深信不疑。一直到1586年比利時的力學家西蒙·斯台文在他的著作中對這些結論提出了異議。後來伽利略也研究落體問題，他首先從邏輯推理上批駁了亞裏士多德的觀點。伽利略指出，一塊輕的物體和一塊重的物體同時下落，按亞裏士多德的觀點，應該重的物體下落得快。那麼，把這兩塊物體放在一起下落，由於兩塊物體放在一起比原來的任何一個物體都重。因此，它應該比原來的兩個物體落得都更快。但另一方麵，重的物體要受到落得慢的輕的物體的拖累，它應該比原來重的物體單獨下落時慢一點，這豈不矛盾？
伽利略又通過著名的斜麵實驗，得出了物體在真空中做自由落體運動時，下落的快慢都一樣。在這個實驗中，伽利略提出了加速度的概念。接著伽利略又設計了將兩個光滑斜麵對接起來的理想實驗，推理出物體運動並不需要外力維持的結論。
伽利略對物理規律的論證過程是：一般觀察—假說—數學分析、推論—實驗驗證，這種論證思想方法為後人揭開物理學的各種規律提供了範例。
伽利略是“日心論”者，為了解釋為什麼人在地球上住，卻感覺不到地球在動的問題，他提出了力學相對性原理。即在慣性係中做任何力學實驗都無法測定慣性係運動的速度。伽利略的這些工作為經典力學的形成打下了基礎。
1609年末到1610年初，伽利略利用他自己設計、製造的望遠鏡觀察天體，發現月球的表麵並不光滑，有山峰有海，發現木星有衛星。他觀察到太陽有黑子，金星有盈虧，土星有光環。望遠鏡幫助伽利略打開了宇宙的大門，但也給伽利略帶來了巨大的災難。因為他根據這些發現所發表的言論都跟教義相違背，從而觸犯了教規，終於被羅馬宗教法庭判定為終身監禁。
1979年11月10日，羅馬教皇在公開集會上正式承認：伽利略在17世紀30年代受到教廷的審判是不公正的。經曆300多年之後，伽利略的冤案終於得到了昭雪。