神探伽利略：第0章
這部劇場版可看做是系列開篇，帝都大學實體天才湯川學在大學時幫助同學草薙俊平破獲了一起案件，從此兩人有數不清的關系。大學畢業後，草薙進入警察局任職，這天發生了一起奇怪的密室殺人案，毫無頭緒的草薙在回學校請教老師時，無意發現大學同學湯川學已成為了準教授，一番寒暄之下草薙成功邀請到湯川學幫其破案，而在兩人的共同努力下，案件被完美破解。
神探伽利略：嫌疑人“x”的獻身
這部電影現在分别有大陸版（王凱、張魯一），日版（福山雅治、柴崎幸）、韓版（柳承範、李瑤媛）3個版本。電影主要講述了湯川學的一名校友，石神是一名落魄的天才數學家，心裡默默的愛慕并守護着隔壁的一對母女，機緣巧合下他發現鄰居前夫來鄰居處鬧事，在争執過程前夫不幸身亡，為了守護鄰居，石神制造了一系列的線索以誤導警方，而湯川學在巧合之下介入這個案件、調查案件、破解案件的故事。這部劇場版的時間介于第0章與正傳之間，時間發生時内海已登場。
神探伽利略第一季第一章：《自燃》
草薙俊平因功升值調離警局，離任前将一起人體自燃案件轉交給了新到的同時内海薰，并将内海薰介紹給了大學同學-怪人伽利略，而該人是一名天才實體學家湯川學。作為湯川與内海合作的第一個案件，雖說前期兩人有過不愉快，但是最後還是在兩人的共同努力下解決了自燃案件。
神探伽利略第一季第二章：《出竅》
内海所在轄區接到殺人案件，根據現場遺留情況推測，基本鎖定一名業務員，而該名嫌疑人的不在場證據居然是一名小孩靈魂出竅所畫的畫，懵圈的内海再次找到湯川尋求幫助，憑借着湯川的細緻分析及走訪，成功破解本案靈魂出竅真相，替業務員洗脫嫌疑，而警方也順勢找到真正的殺人兇手。
神探伽利略第一季第三章：《靈動》
湯川學生學生姐姐的丈夫失蹤了，是以要求内海幫忙尋找。在此過程中意外發現本案不是單純的人口失蹤案件，而是牽扯了第三方其他案件。在内海回報案件異常情況時，被引起注意的湯川再一次攜手内海，在一些列調查後再次破獲案件。
神探伽利略第一季第四章：《壞死》
實體天才田上發明了一種武器，且已經過測試，測試之一的案件被内海發現了異常并通知了湯川。原本對内海的到來毫無興趣的湯川，卻因為田上而介入了案件。案件與田上有着千絲萬縷的關聯，初時本着欣賞同為天才的湯川最終還是介入了案件，與田上在科學上對決，而最終是湯川更勝一籌，面對湯川的碾壓，田上最終認罪。
神探伽利略第一季第五章：《絞殺》
内海找到湯川尋求幫助，一破舊酒店發生了密室殺人案件。在走訪及勘查現場中，案件引起了湯川的興趣。在調查過程中發現死者生前購買大量保險，案件指向為他殺，但經過一些列證據的分析及調查，最終破解了案件。這是一宗為了保護家庭孩子的自殺案件。