《伽利略的苦恼》是日本作家东野圭吾的短篇推理小说集，也是“伽利略系列”的第四本小说。在2008年6月于文艺春秋和《圣女的救济》同时发行单行本，2011年10月发行了文春文库版。之后陆续有不同语言翻译的版本。
本作收录许多和汤川相关的案件。系列前作嫌疑人X的献身中，汤川与草薙立场相左，因而不再合作。电视剧原创女主角“内海薰”在《伽利略的苦恼》首章第一次由东野圭吾执笔登场，成为警方与汤川的接触窗口。人物个性由东野圭吾重新描绘，与电视剧剧版的内海予人的观感非全然相同。
本作与同系列前作侦探伽利略及预知梦相比，更加彰显人心的复杂。排解物理疑团无往不利的伽利略因人心难测而苦恼。
采用中国大陆“译林出版社”的翻译。
关于汤川学、草薙俊平、内海薰等人物请参看“伽利略系列－登场人物”。
本书籍的五个短篇皆有改编成电视剧。电视剧特别篇“神探伽利略Φ”改编自本作的“坠落”和“操纵”两个短篇。而“密室”、“指示”、“扰乱”改编的电视剧收录在“神探伽利略2”。
