伽利略的第一个思想实验是用来说明自由落体运动的。虽然据说他后来也在比萨斜塔亲自做了这个实验。但他的思想实验，却似乎更加可信，甚至不能辩驳。他说：“不考虑空气阻力，轻的东西将和重的东西同时下落，它们将同时落地。因为假如亚里士多德是对的，重的先落地，而轻的后落地，那么，倘使我在它们两个之间连一个无质量的刚性细绳，可以想见，总质量大于它们两个的单独质量，于是，按照亚里士多德，这个整体将落的更快，但事实上，轻的东西一定会拖重的那个的后腿。于是这就自相矛盾。可见，亚里士多德是错误的，轻的东西和重的一样，必然需要时刻有相同的速度，它们同时落地。”
这个思想实验，使得人们认识了自由落体运动的思想精髓——这个思想精髓后来被爱因斯坦概括为等效原理：引力质量与惯性质量是相等的。
这句话可能对一般的读者来说不是很好理解，但如果对比带有电荷的粒子就可以看清楚。在电场中受力的电荷，其力的大小与电荷的大小有关，而其加速度的大小与电荷粒子的惯性质量有关。在引力场中，我们发现，引力荷其实等于惯性质量——因为在早期没有很明确的物理概念，大家把“引力荷”取了另外一个名字叫做“引力质量”。所以，等效原理的基本原理是：引力荷等于惯性质量。
等效原理其实很容易启发我们发现引力是一种几何效应。
在教室里斜抛一个粉笔头，它总是画出优雅的弧线。假如没有空气阻力，其轨迹是一条抛物线。其运动可以被简单分解，在竖直方向上，它是带初速的自由落体运动，在水平方向是匀速直线运动。
一个最简单的计算可以表明，以相同的初条件斜抛出不同质量的粉笔头，其运动轨迹是抛物线，这些抛物线全部是可以重合起来的，因为它们一模一样。所以等效原理意味着几何效应。
