En 1643 realizó el descubrimiento que lo haría pasar a la posteridad: el principio del barómetro que demostraba la existencia de la presión atmosférica, principio posteriormente confirmado por Pascal realizando mediciones a distinta altura. La unidad de presión torr se nombró en su memoria. Enunció, además, el teorema de Torricelli, de importancia fundamental en hidráulica.
Entre los descubrimientos que realizó, se encuentra el principio que dice que si una serie de cuerpos están conectados de modo tal que, debido a su movimiento, su centro de gravedad no puede ascender o descender, entonces, dichos cuerpos están en equilibrio. Descubrió además que la envolvente de todas las trayectorias parabólicas descritas por los proyectiles lanzados desde un punto con igual velocidad, pero en direcciones diferentes, es un paraboloide de revolución. Así mismo, empleó y perfeccionó el método de los indivisibles de Cavalieri.
También realizó importantes mejoras en el telescopio y el microscopio, siendo numerosas las lentes por él fabricadas y grabadas con su nombre, que aún se conservan en Florencia.
Torricelli es además célebre por el descubrimiento de un sólido infinitamente largo llamado hoy día el cuerno de Gabriel que se caracteriza por tener una superficie infinita pero que encierra un volumen finito. Este descubrimiento fue apreciado en aquélla época como una paradoja increíble, incluso por el propio Torricelli, provocando una fuerte polémica en torno a la naturaleza del infinito en la que intervino el filósofo Thomas Hobbes.
Aquejado de una pleuresía, falleció en Florencia cuando contaba tan sólo treinta y nueve años y fue enterrado en San Lorenzo; dos siglos más tarde, en 1864 se erigió en Faenza, su ciudad natal, una estatua conmemorativa.
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