概念
自由落體的“落體”，顧名思義是指物體從高空下落，關鍵是“自由”二字，其含意為：其壹，物體開始下落時是靜止的，即初速度為0，如果給物體壹個初速度豎直下落，不能算自由落體，其二，物體在下落過程中，除受重力作用外，不再受其他任何作用力（如空氣阻力）。
雖然地球的引力和物體到地球中心距離的平方成反比，但在地面附近，地球的半徑遠大於自由落體所經過的路程，所以引力在地面附近可看作是不變的，如不考慮大氣阻力，自由落體的加速度即是壹個不變的常量。它是初速為零的勻加速直線運動，其加速度恒等於重力加速度g。
自由落體的瞬時速度的計算公式為v=gt；位移的計算公式為h=1/2·gt^2。
通常在空氣中，隨著自由落體運動速度的增加，空氣對落體的阻力也逐漸增加。當物體受到的重力等於它所受到的阻力時，落體將勻速降落，此時它所達到的最高速度稱為終端速度。例如傘兵從飛機上跳下時，若不張傘其終端速度約為50米/秒，張傘時的終端速度約為6米/秒。
從此中得出的科學研究方法
巧妙的推理
古代的學者們認為，物體下落的快慢是由它們的重量大小決定的，物體越重，下落得越快。生活在公元前4世紀的希臘哲學家亞裏士多德最早闡述了這種看法。亞裏士多得的論斷影響深遠，在其後兩千多年的時間裏，人們壹直信奉他的學說。
但是這種從表面上的觀察得出的結論實際上是錯誤的。偉大的物理學家伽利略用簡單明了的科學推理，巧妙地揭示了亞裏士多德的理論內部包含的矛盾。他在1638年寫的《兩種新科學的對話》壹書中指出：根據亞裏士多德的論斷，壹塊大石頭的下落速度要比壹塊小石頭的下落速度大。假定大石頭的下落速度為8，小石頭的下落速度為4，當我們把兩塊石頭拴在壹起時，下落快的會被下落慢的拖著而減慢，下落慢的會被下落快的拖著而加快，結果整個系統的下落速度應該小於8。但是兩塊石頭拴在壹起，加起來比大石頭還要重，因此重物體比輕物體的下落速度要小。這樣，就從重物體比輕物體下落得快的假設，推出了重物體比輕物體下落得慢的結論。亞裏士多德的理論陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推斷重物體不會比輕物體下落得快。 伽利略曾在著名的比薩斜塔做了著名的自由落體試驗，讓兩個體積相同，質量不同的球從塔頂同時下落，結果兩球同時落地，以實踐駁倒了亞裏士多德的結論。
提出假說
伽利略認為，自由落體是壹種最簡單的變速運動。他設想，最簡單的變速運動的速度應該是均勻變化的。但是，速度的變化怎樣才算均勻呢？他考慮了兩種可能：壹種是速度的變化對時間來說是均勻的，即經過相等的時間，速度的變化相等；另壹種是速度的變化對位移來說是均勻的，即經過相等的位移，速度的變化相等。伽利略假設第壹種方式最簡單，並把這種運動叫做勻變速運動。
數學推理
在伽利略的時代，技術不夠發達，通過直接測定瞬時速度來驗證壹個物體是否做勻變速運動，是不可能的，但是，伽利略應用數學推理得出結論：做初速度為零的勻變速運動的物體通過的位移與所用時間的平方成正比，即s=at^2這樣，只要測出做變速運動的物體通過不同位移所用的時間，就可以驗證這個物體是否在做勻變速運動。
伽利略是怎樣推出s=gt^2的呢？他的思路大致如下：他推斷初速度為零、末速度為v的勻變速運動的平均速度是v/2 ，然後應用這個關系得出s= vt/2。再應用v=at ，就導出s=1/2gt^2 。
另：自由落體運動史初速度為零、加速度為g的勻加速直線運動，它是勻變速直線運動的壹個特例。因此，勻變速直線運動的基本公式及推論都適用於自由落體運動，只要把公式中的v0取為零，a換成g即可，即：v1=gt,h=1/2gt^2，v^2=2gh。其中，h為物體由靜止下落的高度。
實驗驗證
自由落體下落的時間太短，當時用實驗直接驗證自由落體是勻加速運動仍有困難，伽利略采用了間接驗證的方法，他讓壹個銅球從阻力很小的斜面上滾下，做了上百次的實驗，小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落時的加速度小得多，所以時間容易測量些。實驗結果表明，光滑斜面的傾角保持不變， 從不同位置讓小球滾下，小球通過的位移跟所用時間的平方之比是不變的即位移與時間的平方呈正比。由此證明了小球沿光滑斜面向下的運動是勻變速直線運動，換用不同質量的小球重復上述實驗，位移跟所用時間的平方的比值仍不變，這說明不同質量的小球沿同壹傾角的斜面所做的勻變速直線運動的情況是相同的。
不斷增加大斜面的傾角，重復上述實驗，得出的值隨斜面傾角的增加而增大，這說明小球做勻變速運動的加速度隨斜面傾角的增大而變大。
合理外推
伽利略將上述結果做了合理的外推，把結論外推到斜面傾角增大到90°的情況，這時小球將自由下落，成為自由落體伽利略認為，這時小球仍然會保持勻變速運動的性質。這種從斜面運動到落體運動的外推，是很巧妙的。不過，用外推法得出的結論，並不壹定都是正確的。現代物理研究中也常用外推法，但用這種方法得到的結論都要經過實驗的驗證才能得到承認。
伽利略對自由落體的研究，開創了研究自然規律的科學方法，這就是抽象思維、數學推導和科學實驗相結合的方法，這種方法對於後來的科學研究具有重大的啟蒙作用，至今仍不失為重要的科學方法之壹。
有可能的話，不妨重復壹下伽利略做過的斜面實驗。這裏的關鍵的確是準確測量時間。