达·芬奇晚年自画像
科学影响
达·芬奇钻研科学、工程领域就像他的艺术作品般令人难忘与突出。
说达·芬奇是一名伟大的画家并不准确，他是一个博学家，在绘画、音乐、建筑、数学、几何学、解剖学、生理学、动物学、植物学、天文学、气象学、地质学、地理学、物理学、光学、力学、发明、土木工程等领域都有显著的成就。
最初，人们学习科学知识也只是学习像《圣经》一样的亚里士多德理论，只相信文字记载。达·芬奇反对经院哲学家们把过去的教义和言论作为知识基础，他鼓励人们向大自然学习，到自然界中寻求知识和真理。他认为知识起源于实践，应该从实践出发，通过实践去探索科学的奥秘。
他说：“理论脱离实践是最大的不幸，实践应以好的理论为基础。”达·芬奇提出并掌握了这种先进的科学方法，采用这种科学方法去进行科学研究，在自然科学方面作出了巨大的贡献。他提出的这一方法，后来得到了伽利略的发展，并由英国哲学家培根从理论上加以总结，成为近代自然科学最基本的研究方法。
在科学上，达·芬奇是一个巨细靡遗的观察家，能以极精细的描述手法表示一个现象。但却不是透过理论与实验来验证。因为缺乏拉丁文与数学的正式教育，同时期的学者大多未注意到在科学领域中的达·芬奇。而达·芬奇则靠自学懂得拉丁文。也曾有人说达·芬奇打算发表一系列包含各种主题的论文，但终未实现。
达·芬奇坚信科学，他对宗教感到厌恶，抨击天主教那些掌权的为“一个贩卖欺骗与谎言者”。他说：“真理只有一个，他不是在宗教之中，而是在科学之中。”达·芬奇的实验工作方法为后来哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿、爱因斯坦等人的发明创造开辟了新的道路。
天文
达·芬奇对传统的“地球中心说”持否定的观点。他认为地球不是太阳系的中心，更不是宇宙的中心，而只是一颗绕太阳运转的行星，太阳本身是不运动的。达·芬奇还认为月亮自身并不发光，它只是反射太阳的光辉。他的这些观点的提出早于哥白尼的“日心说”，甚至在当时，达·芬奇就可能在幻想利用太阳能了。
物理
达·芬奇重新发现了液体压力的概念，提出了连通器原理。他指出：在连通器内，同一液体的液面高度是相同的，不同液体的液面高度不同，液体的高度与密度成反比。15 世纪，达·芬奇最早开始了物体之间的摩擦学理论的研究。他发现了惯性原理，后来为伽利略的实验所证明。他认为一个抛射体最初是沿倾斜的直线上升，在引力和冲力的混合作用下作曲线位移，最后冲力耗尽，在引力的作用下作垂直下落运动。
光学
设想光的传播由中心向外传播；认为光和水波、声波的运动方式相似，并预见了多普勒效应；认为光的速度是有限的，早于同时期的科学家；设计并进行了针孔成像实验；根据眼球的构造和功能设计了光学仪器。
力学
达·芬奇强调力学和数学同样是自然科学的基础，并研究过许多力学问题。他根据实验和观测得出：重物沿它和地心相连的直线下落，下落的速度同时间成正比。在静力学方面，他严格确定了力矩概念：杆上街体的平衡“由它们的重量和距支点的距离决定”，由此总结出计算几何体重心的一般法则。他已知道力的平行四边形法则。在用这一法则研究重物沿斜面运动中，他正确地得到摩擦力的定义。
他在观察笔记中写道：物体“都不能自己运动……每个物体在其运动方向上都有一个重量”。物体运动时“对空气的压力等于空气作用于其上的力”。在流体力学方面，他总结出河水的流速同河道宽度成反比，井用这一结论说明血液在血管中的流动。他还运用力学和机械原理设计了许多机器和器械，参加了运河、水利和建筑工程的设计和施工。他通过对鸟翼运动的研究，于1493 年首次设计出一个飞行器。
达·芬奇博物馆中的鸟翼飞行器
机械工程
达·芬奇对机械世界痴迷不已，通过大量的奇思妙想，他把水下呼吸装置、拉动装置、发条传动装置、滚珠装置、反向螺旋、差动螺旋、风速计和陀螺仪等发明设计呈现在世人面前。
达·芬奇早年在佛罗伦萨圣母玛丽亚大教堂安装穹顶灯塔上的巨型铜球时，亲眼目睹了三速提升机等机械装置的效率，深感其中的神奇。1460 年达·芬奇随父亲来到佛罗伦萨，开始了他的学徒生涯，同时开始学画。学画的达·芬奇参与安装佛罗伦萨圣母玛丽亚大教堂穹顶灯塔上的巨型铜球，由此接触并感受到了各式各样机械系统的神奇。
由此，布鲁内莱斯基的机械系统设计理念对达·芬奇产生了很大影响。当时一批锡耶纳工程师对达·芬奇的科学世界也产生了重要影响。工程师们设计了一种外形像船的河道淤泥挖掘机，用来清除浅水口的沙砾和淤泥，还有一种能够提高装载量又加快行驶速度的桨叶船。这些锡耶纳工程师的发明，让达·芬奇对机械的魔力产生了巨大的兴趣。
机器人研究
基于人体解剖的研究使得达·芬奇设计出史上第一个机器人。达·芬奇赋予了这个机器人木头、皮革和金属的外壳。为了让机器人运作，他想到了用下部的齿轮作为驱动装置，由此通过两个机械杆的齿轮再与胸部的一个圆盘齿轮咬合，机器人的胳膊就可以挥舞，可以坐或者站立。更绝的是，再通过一个传动杆与头部相连，头部就可以转动甚至开合下颌。而一旦配备了自动鼓装置后，这个机器人甚至还可以发出声音。这个被称作达·芬奇机器人（Leonardo's robot）的设计可能是在 1495 年完成的，但直到 1950 年代才被发现。不知这个设计是否要作成实体。
机械车研究
很早，达·芬奇就对当时的四轮马车不满。在他的科学世界中，早就有了机动车的影子。事实上，点燃现代机动车发明灵感之火的正是这辆“达·芬奇机械车”。既然是机动车就要考虑动力问题，达·芬奇在机动车中部安装了两根弹簧以解决这个问题。人力转动车的后轮使得各个齿轮相互咬合，弹簧绷紧就产生了力，再通过杠杆作用将力传递到轮子上。为了控制车速，达·芬奇在车身上安装了一个圆盘装置，圆盘表面设置了很多方形的木块，和每个轮子连接的铁杆的另一端与圆盘相接，这就是用于控制车速的装置。
圆盘上放置的木块数量越多，与铁杆之间的摩擦就会越大，阻力也越大，轮子的运转速度越慢，行驶的距离越长。当然，达·芬奇也想到了刹车装置。位于齿轮之间有一个木块，拉动绳索将木块卡在齿轮之间，车就可以停止。不过，这辆汽车不能载人，因为仅靠弹簧的动力根本无法行驶很长的距离。同时，达·芬奇还将弹簧巧妙地运用在了钟表设计上。后来大型钟表采用的原理，就是出自达·芬奇的设想。只是在这个设想中，弹簧的弹力被物体的重力所代替，物体向下的重力通过众多齿轮咬合作用被均匀传递，钟表便得以保持匀速运动。
军事机械
由于达·芬奇曾任军事工程师，其笔记中也包含了数种军事机械的设计：簧轮枪、三管大炮、人力或以马拉动的武装坦克车、子母弹、军用降落伞、浮动雪鞋、含呼吸软管以猪皮制成的潜水装，甚至还有潜水艇、双层船壳战舰、滑翔机、扑翼飞机和直升机、旋转浮桥等。不过，后来他却认为战争是人类最糟的活动。其他的发明包括了潜水艇、被诠译为第一个机械计算机的齿轮装置，以及被误解为发条车的第一部可程序化行动机器人。
此外，达·芬奇在教廷的那些年里，曾计划应用太阳能而使用凹面镜来煮水。尽管达·芬奇大多数的发明在他的生平并未实现，但在 IBM 赞助下，实作了许多模型在昂布瓦斯的克洛斯宅达·芬奇博物馆展示。2008 年 4 月 26 日，在瑞士西部城市帕耶讷，36 岁的瑞士人奥利维耶·维耶提-特帕使用由达·芬奇设计的金字塔型降落伞从距地面 600 米高的直升机上成功跳下。
医学
达·芬奇在人体解剖学上也取得了巨大的成就，被认为是近代生理解剖学的始祖。在15 岁左右，师从韦罗基奥的达·芬奇开始认识人体解剖学。当时韦罗基奥坚持要所有门徒学习局部解剖。在韦罗基奥工作室差不多 10 年的时间里，达·芬奇研究了人体的基本结构，画下了许多肌肉、肌腱和脸部等的解剖图，还初步涉及解剖对于绘画和雕塑的应用，成长为一位局部解剖的大师，甚至被吸收进了佛罗伦萨画家行会。 后来，他得到于佛罗伦斯圣玛丽亚纽瓦医院解剖人体的许可。之后他在米兰马焦雷医院以及罗马圣灵医院（第一个意大利本土医院）作业。1481 年至 1511 年，则与托尔医生共同工作。
30 年内，达·芬奇共解剖了 30 具不同性别、年龄的人体。当与托尔工作时，达·芬奇准备出版解剖学理作品并制绘了超过 200 篇画作。然而，他的书直到 1680 年（辞世161年）才以《绘画论》为名出版。除人体外，达·芬奇也解剖了牛、禽、猴、熊、蛙以作为解剖结构比较。
达·芬奇画了许多人体骨髂的图形，同时他也第一个具体描绘脊骨双S型态的人。他也研究骨盆和骶骨的倾斜度以及强调骶骨不仅非单一形态，而且是 5 个椎骨组成。达·芬奇也能卓越的表现头骨的形态以及脑部不同的交叉截面图（横断面、纵切面、正切面）。他画了许多图包括肺脏、肠系膜、泌尿道、性器官甚至性交。他是第一个画出子宫中胎儿（他希望了解“生育奇迹”），同时也是第一个画出腹腔中阑尾的人。此外达·芬奇经常描绘颈部和肩膀的肌肉和肌腱。2005 年，达·芬奇的画作激发一位英国心脏外科医师领先发展一个修补受损心脏的新方法。
