La légende dit que Galilée laissa tomber, simultanément du haut de cette tour, des corps sphériques de masses différentes, afin de montrer « devant l’université réunie » que dans une chute ces corps arrivent simultanément, et non pas avec un retard entre eux proportionnel à leur masse, comme le supposait Aristote. Cette légende, encore vive chez les historiens des sciences au début du XXe siècle, fut battue en brèche par les historiens Emil Wohlwill, dans une publication posthume de 1926, et surtout Alexandre Koyré à partir des années 1930. Mais en fait l’expérience a été faite du vivant de Galilée, notamment par Viencezo Renieri, professeur de mathématiques à l’université de Pise, en 1641, et toutes ces expériences ont conclu que les corps n’arrivent pas simultanément : informé de cela, Galilée s’est contenté de renvoyer son correspondant à son Dialogue dans lequel il est bien précisé que l’arrivée n’est simultanée que dans le vide, notion abstraite, voire considérée comme impossible, à l’époque.
Une superstition pisane dit également que le fait de monter dans la tour porterait malheur aux étudiants : ils risqueraient de rater leurs études.
La tour a paradoxalement pu résister à pas moins de quatre forts tremblements de terre car le sol argileux qui est à l'origine de son instabilité est aussi responsable de sa capacité à ne pas s'effondrer en cas de séisme (phénomène d'interaction dynamique entre le sol et la structure). « La hauteur et la rigidité de la tour combinées à l'instabilité du terrain modifient sensiblement les caractéristiques vibratoires de la structure. La tour ne résonne pas avec les mouvements du sol ».