伽利略望远镜的原理主要基于 光的折射。它由两个透镜组成：物镜和目镜。物镜是一个凸透镜，负责将光线聚焦到一个点上，形成一个实像；而目镜是一个凹透镜，将这个实像进一步放大，形成一个放大的正立虚像。光线经过物镜折射后所成的实像位于目镜的后方焦点上，这个像对目镜而言是一个虚像，因此经过目镜的折射后，就形成了一个放大的正立虚像。伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。

这种望远镜的优点是结构简单，能够直接成正像，但缺点是视野相对较小。伽利略望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位，它使得人们能够观察到远处的天体，如月球的高地和环形山、太阳黑子、以及木星的卫星等。