После возвращения во Флоренцию здоровье Галилея ухудшилось, его артрит прогрессировал. Ученый снял виллу в Беллосгуардо, недалеко от города, где и прожил последующие 14 лет. Вилла находилась близ Арчетри и монастыря, в котором жили две его дочери, Мария Челеста и Вирджиния. Галилей и Мария Челеста были очень близки, и до наших дней дошли многочисленные свидетельства их оживленной переписки.
После предупреждения Церкви Галилей прекратил размышления на тему коперниканства, по крайней мере на несколько лет (хотя он и не был уверен, что ему категорически запретили обращаться к этой теме). Он занялся изучением различных явлений, в частности магнитов, к которым питал огромный интерес. Но вопрос об устройстве мироздания так или иначе возникал постоянно. В 1618 году над Землей пролетело несколько комет, что вызвало множество толкований со стороны последователей и Аристотеля, и Тихо Браге. Итоги этих споров Галилей подвел в «Пробирных дел мастере», труде, с которого начался другой спор, на этот раз с иезуитом Орацио Грасси (1583-1654). В дискуссии Галилей допустил огромную ошибку, предположив, что кометы являются просто оптической иллюзией, в то время как Грасси считал, что это настоящие звезды. Тон переписки между оппонентами накалился до того, что Грасси начал писать скрытые угрозы: «Небезопасно набожному человеку утверждать, что Земля движется».
Помимо ошибки с кометами, в «Пробирных дел мастере» Галилей писал о важности непосредственного опыта, а не авторитетов, чтобы судить о том, как устроен мир. Он добавил этот знаменитый абзац:
В этой книге Галилей не упоминал о коперниканстве, но изложил другую спорную доктрину, напав на Аристотеля и, опосредованно, на Церковь. Речь шла об атомистической теории, противоположной аристотелевскому гилеморфизму (по которому все состоит из материи и формы). Теперь к врагам Галилея примкнули и иезуиты, ведь Грасси был одним из самых известных среди них.
В 1620 году умер Козимо Медичи, покровитель ученого, а через год — Сагреди, друг Галилея со времен жизни в Венеции. В 1621 году за ними последовал папа Павел V (1550-1621), место которого на очень недолгое время занял Григорий XV (1554-1623), после преждевременной кончины которого папой был избран Маффео Барберини (1568-1644), рукоположенный под именем Урбана VIII. Будучи еще кардиналом, Барберини был большим другом Галилея, с восторгом принимал его научные открытия и относился к нему, как к брату. Все указывало на то, что конфликты и столкновения с Церковью подошли к концу. На самом же деле трудности только начинались.