伽利略落体实验揭示了物体自由下落的规律，推翻了亚里士多德关于落体速度与重量成正比的错误理论。通过实验，伽利略证明了，在忽略空气阻力的情况下，所有物体的自由下落速度相同，这与万有引力定律的预测一致，即任意两个物体在地球引力场中的自由落体加速度相同。然而，实际中，万有引力定律的成立需要一定条件，包括物体间相互作用完全遵从定律，以及物体与地球场作用规律相同。在理想条件下，轻重物体从同一高度自由落体时会同时落地。
重力加速度的公式可以通过牛顿的万有引力定律推导得出。在地球上的物体围绕地球做匀速圆周运动时，所受的向心力由其与地球之间的万有引力提供。若在地面上空，物体受到的万有引力大于所需的向心力，则物体将做自由落体运动。在相同高度的两个物体，不考虑质量、大小、结构和密度差异，它们获得的重力加速度是相同的。在理想条件下，轻重物体从同一高度下落时，会同时到达地面。
从物质的核与场理论出发，万有引力本质上是电场作用力。物体之间的万有引力大小取决于它们的场结构和大小，主要由两性电量和决定。两性电量和越大，物体受到的万有引力作用也越大，获得的加速度也越大。对于相同质量的物体，结构疏松、密度小的物体比结构紧密、密度大的物体受到更大的万有引力作用，获得更大的引力加速度，因此会先到达地面。
元素周期表中轻元素原子核比重元素的原子核具有更强的带电能力，单位质量的轻元素核比重元素核吸引核外电子的能力更强，整个原子从周围空间吸取电场子的数量也多，因此在相同的引力场如地球场中，轻元素物质产生的引力加速度大于重元素物质。理论上，轻元素物质或元素的核在相同引力场下自由下落时，会先到达地面。
在进行自由落体实验时，关键条件包括结构疏密程度差异、真空环境、足够长的下落距离以及严格控制实验条件以确保高精度。实验结果需综合考虑物质的微观结构特性及其相互作用，以验证理论预测。
证实不同重量球体自由落下，它们同时着地的实验。之前人们接受亚里士多德的物体下落速度与物体重量成正比的观点。据《伽利略传》记载，1589年伽利略在比萨斜塔当着其他教授和学生面做了这个实验，推翻了亚里士多德的观点。但该实验的真实性问题仍无定论。