I luoghi della fede sono stati talvolta anche luoghi di testimonianza scientifica, soprattutto astronomica, come dimostra l'esempio fiorentino. L'itinerario suggerisce di iniziare la visita dal Battistero di San Giovanni, all'interno del quale si trova un marmo medievale con incisi i segni dello Zodiaco, che probabilmente consentiva di controllare il cammino del Sole durante l'anno.

Scienza e tecnica trovano un posto di primo piano nei rilievi del Campanile di Giotto, come mostrano le allegorie dell'astronomia, della medicina, dell'arte edificatoria, della tessitura, della navigazione, della geometria e dell'aritmetica (le sculture originali sono conservate presso il Museo dell'Opera del Duomo). Da notare, inoltre, le formelle a losanga del lato ovest del Campanile, che rappresentano i corpi celesti dell'astronomia medievale.

All'interno del vasto spazio del Duomo fiorentino, incontriamo altre testimonianze materiali che alludono al mondo della scienza. Nella navata sinistra, accanto ad uno degli ingressi laterali, si può ammirare un dipinto quattrocentesco di Domenico di Michelino che raffigura Dante e la Divina Commedia, documentando al tempo stesso la concezione del cosmo nel Medioevo.

Al 1475 risale la realizzazione del più alto gnomone fino ad allora mai realizzato in una chiesa (circa 90 metri), che consente di controllare il momento del passaggio del Sole al solstizio d'estate. Alla base della lanterna della cupola è collocata una tavoletta di bronzo, detta bronzina, che reca il foro gnomonico. Nel periodo tra maggio e luglio, i raggi solari, filtrando attraverso questo foro, danno luogo a un'immagine del Sole sul pavimento della Cappella della Croce del Duomo, dove si trovano i segni solstiziali rinascimentali e la linea meridiana tracciata nel 1755 dallo scienziato gesuita Leonardo Ximenes.

Sulla controfacciata del Duomo si trova l'orologio di Paolo Uccello, che sembra idealmente rappresentare il passaggio dall'orologio solare all'orologio meccanico. Costituito da un cerchio inscritto in un quadrato, è diviso in 24 settori corrispondenti alle ore segnate con cifre romane. Caratteristica peculiare di questo orologio è la disposizione delle ore in senso antiorario, a partire dal basso, secondo una consuetudine derivata dalle meridiane. Uscendo all'esterno, sulla facciata, nell'angolo inferiore sinistro della cornice che inquadra il rosone centrale, vediamo un busto ottocentesco di Galileo con il cannocchiale, uno degli strumenti simbolo della rivoluzione astronomica.

L'astronomia è presente anche nella basilica di San Lorenzo. Nella cupolina della Sagrestia Vecchia si trova un'interessante immagine astronomica che rappresenta il cielo di Firenze del luglio 1442. Data l'estrema precisione dei dettagli, l'autore probabilmente si avvalse dei suggerimenti di un astronomo, forse Paolo dal Pozzo Toscanelli, amico di Filippo Brunelleschi.

Nella seconda metà del Cinquecento, Egnazio Danti, matematico e geografo del Granduca, realizzò sulla facciata di Santa Maria Novella un quadrante astronomico e due cerchi equinoziali per studiare il moto apparente del Sole. I calcoli eseguiti dal Danti furono importanti per correggere il calendario fino ad allora utilizzato. Il nuovo calendario, detto gregoriano da Papa Gregorio XIII, che ne favorì la riforma, stabilì che al giorno 4 ottobre 1582 seguisse immediatamente il 15 ottobre. In questo modo fu corretto un piccolo errore presente nel calendario giuliano promosso da Giulio Cesare. Nella stessa chiesa il Danti avviò, ma non portò a termine, anche la costruzione di un orologio solare monumentale. Sopra il rosone, al centro della fascia verde, si vede ancora il foro gnomonico, attraverso il quale il raggio di Sole avrebbe dovuto colpire la linea meridiana sul pavimento della chiesa.

Nella chiesa di Santa Croce si trovano i monumenti funebri di personaggi illustri, fra i quali alcuni di noti scienziati come Galileo Galilei, Vittorio Fossombroni, Eugenio Barsanti, Leopoldo Nobili. Il complesso monumentale di Santa Croce è un luogo significativo per la scienza anche per l'affresco astronomico della Cappella de' Pazzi, che raffigura un cielo notturno, simile a quello della Sacrestia Vecchia di San Lorenzo.

A metà strada fra il polo religioso di Santa Maria del Fiore e quello politico di piazza della Signoria, Orsanmichele costituisce un altro esempio di luogo della fede che conserva anche un interessante documento di iconografia tecnico-scientifica. Nel bassorilievo del Tabernacolo dei Santi Quattro Coronati, realizzato da Nanni di Banco, i Santi sono raffigurati al lavoro: il primo a sinistra edifica un muro, il secondo, che ha un trapano in mano, lavora su una colonna, il terzo, con compasso e squadra, realizza un capitello, mentre l'ultimo scolpisce un putto con un picconcello o picchiarello. Oltre agli strumenti usati dai santi, altri sono appesi al muro, a ricreare l'ambientazione della scena: la squadra, la riga, il compasso, l'archipenzolo. Quest'ultimo, posizionato alla sinistra di chi guarda, consente di leggere l'inclinazione del piano sul quale viene appoggiato.

Orsanmichele fu anche ipotizzato come eventuale sede di ricerca astronomica. Nel secolo XVIII l'Imperial Consiglio di Reggenza aveva affidato all’astronomo Tommaso Perelli l'incarico di valutare l'idoneità dell'edificio per istituirvi un osservatorio astronomico. Se per la stabilità e l'ampiezza l'edificio risultava adatto, altrettanto non poteva dirsi per il sito: «Se fosse rimessa in me la scelta – scriveva Perelli – inclinerei alla collina d'Arcetri, luogo nobilitato dalle osservazioni, e dal soggiorno di molt'anni del gran Galileo».

La chiesa di Ognissanti, pur non essendo un centro di studi scientifici, conserva una interessante testimonianza figurativa di come poteva presentarsi, tra Medioevo e Rinascimento, un ambiente destinato alla meditazione e alla speculazione scientifica. Un affresco staccato, dipinto da Botticelli nel 1480 e oggi collocato sulla parete destra, rappresenta Sant'Agostino nello studio. Sulla mensola, alle spalle del santo, sono riposti numerosi libri tra i quali un volume aperto che presenta figure geometriche riferibili a Euclide. Davanti a questo libro è posto un orologio meccanico. Nello studiolo non poteva mancare la sfera armillare, uno strumento astronomico che solitamente rappresenta le orbite dei corpi celesti mediante armille (anelli) imperniate in un centro comune. Quella raffigurata nel dipinto rispecchia la visione geocentrica dell'universo, propria del sistema tolemaico.