Это произведение состоит из четырех диалогов, каждый из которых считается происходившим в течение одного дня. В диалоге участвуют три человека, один из которых представляет самого Галилея, другой (перипатетик) защищает философию последователей Аристотеля, третий - просвещенный человек со здравым смыслом, который как бы является беспристрастным судьей. «День первый» посвящен главным образом обсуждению учения о неизменности и нетленности небесного мира, в частности, солнечным пятнам, гористой поверхности Луны. При этом второй собеседник отрицает все научные достижения и открытия.

«День второй» посвящен, в основном, обсуждению вопроса о движении Земли. Здесь закладываются основы современной динамики: принцип инерции и классический принцип относительности. Принцип инерции доказывается с помощью рассуждения, напоминающего доказательство «от противного» в математике. Принцип относительности Галилея (или преобразования Галилея) не потерял своего огромного значения и в наше время, заняв прочное и почетное место в классической физике. «Неторопливо и обстоятельно описывает великий ученый свой принцип: уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой корабля, запаситесь мухами, бабочками и другими летающими насекомыми, пусть у вас будет сосуд с плавающими рыбками; подвесьте наверху ведерко, из которого вода будет капать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, поставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно! ...хотя у вас не возникает сомнения, что корабль стоит неподвижно. Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью (только без толчков и качки) так же рыбы будут плавать безразлично в любых направления, насекомые летать с одной и той скоростью в разные стороны, капли падать в узкое отверстие, как и раньше ! Во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения! И причина согласованности всех этих явлений в том, что движение корабля обще всем находящимся в нем предметам...». Лучше не скажешь! Современный язык лаконичнее и «переведен» на язык математики: принцип относительности означает инвариантность законов механики по отношению к преобразованиям Галилея, но неторопливая «музыка» подлинника восхищает и сегодня.

«День третий» начинается продолжительной дискуссией о новой звезде 1604 г. Затем разговор переходит на главную тему - о годичном движении Земли. Наблюдения движения планет, фаз Венеры, спутников Юпитера, солнечных пятен - все эти аргументы позволяют Галилею показать несоответствие учения Аристотеля данным астрономических наблюдений и обосновать возможность гелиоцентрической системы мира и с геометрической и с динамической точек зрения.

«День четвертый» посвящен морским приливам и отливам, которые Галилей ошибочно связывает с движением Земли, хотя в то время уже существовала гипотеза о возникновении приливов и отливов под действием Луны и Солнца. Действие Луны и Солнца в данном случае ученый считал «оккультным свойством притяжения небесных тел» и не разделял его.

Опубликование «Диалога» - источника несчастий всей его последующей жизни - знаменательное событие в истории всей человеческой мысли. Борьба мировоззрений - борьба не на жизнь, а на смерть!