Trong khi việc áp dụng toán học vào vật lý thực nghiệm của Galileo có tính đột phá, các phương pháp toán học của ông là phương pháp tiêu chuẩn của thời kỳ ấy. Sự phân tích và các bằng chứng dựa nhiều trên lý thuyết về tỷ lệ của Eudoxus, như đã được trình bày trong cuốn sách thứ năm của Các nguyên lý Euclid. Lý thuyết này chỉ có được một thế kỷ trước đó, nhờ các bản dịch chính xác của Tartaglia và những người khác; nhưng cuối đời Galileo nó trở thành lạc hậu bởi các phương pháp đại số của Descartes.

Galileo đã tạo ra một phần nguyên thuỷ và thậm chí một công trình mang tính tiên tri trong toán học: nghịch lý Galileo, thể hiện rằng có nhiều bình phương hoàn hảo khi có tổng thể các con số, thậm chí đa số các con số không phải là những bình phương hoàn hảo. Điều dường như trái ngược này đã được giải quyết 250 năm sau trong công trình của Georg Cantor.