Con il Dialogo Galileo, fiducioso nella propria autorità in campo scientifico e nello spirito aperto di Urbano VIII, riprende apertamente il progetto di far uscire la Chiesa da una posizione che egli ritiene scientificamente errata. L’opera mette a confronto, nella forma del dialogo, per darle un’apparenza di neutralità, gli argomenti scientifici della teoria geocentrica, rappresentata dall’aristotelico Simplicio e di quella copernicana, rappresentata dal Salviati, dinanzi a un terzo interlocutore Sagredo, spirito libero, desideroso di conoscere i termini della controversia. Mentre nel Proemio, con grande cautela si afferma che la tesi copernicana viene assunta “in pura ipotesi matematica”, il testo si propone invece, con grande chiarezza, di dimostrare l’inaccettabilità della cosmologia aristotelica, l’esistenza di una sola scienza fisica valida sia per il mondo celeste che per quello terrestre, la verità della cosmologia copernicana.
Galileo viene processato per questo libro “esecrando e più pernicioso per la Chiesadelle scritture di Lutero e di Calvino”, e, ritenuto colpevole, è costretto all’abiura e condannato alla prigione a vita, subito tramutata in isolamento dal mondo.
La cancellazione del Dialogo dall’Indice dei libri proibiti avverrà nel 1835.