La sala dedicata allo scienziato pisano è il cuore del Museo Galileo. Qui sono esposti gli unici due cannocchiali pervenutici, tra i tanti costruiti da Galileo; la lente obiettiva del cannocchiale con il quale, nel gennaio del 1610, lo scienziato osservò per la prima volta i satelliti di Giove; il compasso geometrico e militare che mise a punto negli anni padovani; esemplari di altri strumenti da lui ideati e modelli didattici per illustrare i risultati fondamentali acquisiti nelle sue ricerche di meccanica. Lungo l'asse centrale della sala si trova il busto di marmo scolpito da Carlo Marcellini su incarico di Cosimo III de' Medici. Si osservano, inoltre, alcune reliquie del Galileo santo laico della scienza: il pollice, l'indice e il dito medio della mano destra, oltre a un dente, prelevati dalla salma di Galileo al momento della traslazione delle sue spoglie nel sepolcro monumentale di Santa Croce.