Olá Danilo, 

A Itália é muito bem servida de trens. Mesmo assim, embora seja possível você comprar um "biglietto" em Veneza para Pisa, ele com certeza terá paradas intermediárias e, é bem possível, que haja troca de trem em Florença, ou Bolonha, pois são duas grandes cidades "tronco" no meio das duas. Desde já você pode ter uma noção de como será essa sua viagem de trem consultando os sites da trenitalia,com e da concorrente italotreno.it. Dá para saber a duração, se tem trem rápido e tambem regional, e o preço que está hoje.

Quanto a Pisa, as principais atrações estão mesmo na Piazza dei Miracoli 
onde fica a Torre di Pisa 
, a Cattedrale di Pisa e o Battistero di San Giovanni 

, além do Il Camposanto 
 e uns museus. Para isso, um dia é mais do que suficiente e um bate e volta de Florença é totalmente viável. Já um bate-e-volta desde Veneza creio que vai ficar meio corrido, pois a viagem de trem vai ser mais demorada. Os guias turísticos de lá, inclusive uma brasileira que se radicou por lá, costuma dizer que Pisa é muito mais do que a Torre e a Piazza del Duomo. Que a cidade, entre a estação de trem Pisa Centrale 
 e a torre, é muito bonita de se conhecer por ser muito típica em sua arquitetura e ter bastante lojinhas de souvenires para visitar, para quem gosta. Dá também para conhecer o rio da cidade (Fiume Arno 
, e tem alguns outros museus na cidade. Mas para quem estiver com pouco tempo, pode pegar o trem especialmente para a estação Pisa San Rossore 
 que fica bem pertinho da Piazza dei Miracoli, a uma pequena caminhada, e você não perde tempo para conhecer o cartão postal que todo mundo quer ver.

Se decidir dormir por ali, para conhecer Pisa, aconselho fortemente dar uma esticada a Lucca que é uma cidadezinha a 20 minutos de trem de Pisa e que todo mundo costuma conhecer juntas. Fiz as duas, e para ser sincero, gostei mais de Lucca do que de Pisa, embora todos queiramos conhecer a afamada Torre inclinada. Lucca é uma pequena cidadezinha ainda medieval ainda toda murada com um muro largo onde você pode passear de bicicletas alugadas. Dentro é muito simpática. Há uma praça central oval, com cafés e restaurantes onde antigamente foi uma arena, do tipo do coliseu romano.

Bem acho que respondi a maior parte de suas dúvidas.

Qualquer coisa a mais, continuamos o bate papo.

Abraço

Tarcisio.