在科學上，達文西是一個鉅細靡遺的觀察家，能以極精細的描述手法表示一個現象，但卻不是透過理論與實驗來驗證。 文學吧︰wxba
達文西在師從韋羅基奧時，開始認識人體解剖學。當時韋羅基奧堅持要所有門徒學習解剖學。
當達文西成為成功的藝術家時，得到於佛羅倫斯聖瑪麗亞紐瓦醫院解剖人體的許可。之後他在米蘭馬焦雷醫院以及羅馬聖靈醫院（第一個義大利本土醫院）作業。
1510─1511年，則與托爾醫生共同工作。30年內，達文西共解剖了30具不同性別年齡的人體。
當與托爾醫生共同工作時，達文西準備出版解剖學理作品並制繪了超過200篇畫作。然而，他的書直到1680年（辭世161年）才以《繪畫論》為名出版。除了人體外，達文西也解剖了牛、禽鳥、猴、熊、蛙以作為解剖結構比較。
達文西畫了許多人體骨骼的圖形，同時他也第一個具體描繪脊骨雙s型態的人。他也研究骨盆和 骨的傾斜度，以及強調 骨不僅非單一形態，而且是5個椎骨組成。
達文西也能卓越地表現頭骨的形態以及腦部不同的交叉截面圖，如橫斷面、縱切面、正切面。他畫了許多圖，內容包括肺髒、腸系膜、泌尿道。
他是第一個畫出子宮中胎兒（他希望了解「生育奇蹟」）同時也是第一個畫出月復腔中闌尾的人。
此外達文西經常描繪頸部和肩膀的肌肉和肌腱。
2005年，達文西的畫作激發一位英國心髒外科醫師領先發展一個修補受損心髒的新方法。
他可說是局部解剖圖宗師，不僅在研究人體解剖方面表現杰出，而且在涉獵其他動物解剖時一樣表現出色。
達文西不只關心身體結構，也關心生理功能，這使得他變成解剖學家和生理學家。他積極尋找外觀有明顯生理缺陷的人作為模特兒以便畫成滑稽的畫作來突顯生理功能的意義。達文西還可以同時一手作畫一手寫字。
基於人體解剖研究也使得達文西設計出史上第一個機器人。這個被稱作達文西機器人的設計可能是在1495年完成。這一草稿直到1950年代才被發現。目前不知這個設計是否要作成實體。
一般均認為達文西對人體構造的了解可以說對他在繪畫方面有相當大助益。
由於著迷飛行現象，達文西做了鳥類飛行的詳細研究，同時策劃了數部飛行機器，包括了以4個人力運作的直昇機（但因機體本身亦會旋轉故無法作用）以及輕型滑翔翼。
1496年，他曾測試了一部自制飛行機器但以失敗告終。
1502年，達文西曾為伊斯坦堡鄂圖曼蘇丹巴耶塞特二世的土木工程專案制作單一跨距達240公尺（720英尺）的橋梁草圖。
這個設計打算讓橋梁跨越博斯普魯斯海峽口的金角灣（horn）。但因巴耶塞特二世認為無法建設而未施行。
2001年，奠基於達文西的設計，威卜瓊山得達文西專案，讓此橋以小橋的形式在挪威付諸實行。
在2006年。土耳其政府決定在實地建設達文西橋跨越金角灣讓該橋終究成形。
「1490年，達文西將無段連續自動變速箱概念繪制成草圖。今日，達文西的變速概念以現代化形式實際使用在汽車上。
此外，無段連續自動變速箱也已經在拖拉機、雪上摩托車、速克達機車等使用了許多年。」
由於達文西曾任軍事工程師，筆記中也包含了數種軍事機械的設計︰機關槍、人力或以馬拉動的武裝坦克車、子母彈、軍用降落傘、含呼吸軟管以豬皮制成的潛水裝等等。
不過。後來他卻認為戰爭是人類最糟的活動。其他的發明包括了潛水艇、被詮譯為第一個機械計算機的齒輪裝置，以及被誤解為發條車的第一部可程序化行動機器人。
此外，達文西在梵蒂岡那些年里，曾計畫應用太陽能而使用凹面鏡來煮水。盡管達文西大多數的發明在他的生平並未實現，但在ibm贊助下，實作了許多模型在昂布瓦斯的克洛斯宅達文西博物館展示。
達文西終其一生每天都做筆記，並以個人獨特的鏡像反寫字書寫。盡管大多數人認為達文西是為了保守秘密。但比較合理的看法則是鏡像反寫才合乎左撇子書寫的天性。
達文西記錄了他的素描、發明、建築設計、力學元素、繪畫構想、人體解剖、物品清單甚至向他借錢的人。
這些不同形式大小的手稿原先在他辭世後散布在朋友手中，現在主要收藏在羅浮宮、西班牙國立圖書館、米蘭的安波羅修圖書館以及倫敦的維多利亞和阿爾伯特博物館及大英圖書館。
大英博物館將達文西的手稿精選上網，放在「turningthepages」的分頁中。達文西手中主要的科學紀錄─萊斯特抄本則為比爾、蓋茨所擁有，目前每年在全世界不同的城市展覽。
對那些認為達文西想要將他的觀察普及為大眾知識的人來說。為何達文西不出版或以不同的方式散布手稿內容，至今仍是一個謎。
科技歷史學家路易斯姆福特認為達文西將手稿有如個人游記般保存，那麼想將這些成果用於不當之處的人將無所查閱（比方坦克車）。
直到19世紀，這些手稿都一直處於隱匿狀態。但對那時的科技發展而言，已無直接助益。
2005年。研究人員發現所謂的達文西秘密實驗室，這個實驗室用來作飛行及其他先進科技研究，發現的位置在佛羅倫斯市中心的古羅馬聖地西瑪安紐立亞他大教堂，隔壁修道院的一間事先封閉的房間。
私下，達文西始終保持秘密。並宣稱其厭惡**關系，曾說「與生兒育女有關的任何事令人厭惡，人若沒有美好面孔以及美感素質將會早亡」。根據後來佛洛依德分析藝術家時的解釋，達文西是性冷感者
在維多利亞女皇的收藏中，有一件1518年所作的**畫作《印加魅地天使》，後面也有沙萊的名字。
達文西依據沙萊的外觀所繪的主要作品《施洗者聖約翰》看起來有趣詼諧且袒胸露肩，評論家如馬丁肯普及詹姆士沙士羅批評該畫灌輸同性戀思想。
雖然沙萊稱之為達文西的「學徒」，他也聲稱達文西「教了他很多繪畫方面的東西」，但和其他學徒相比，通常認為他的作品藝術價值很少。
1515年，沙萊曾以安得瑞亞沙萊為名為喬康達夫人畫**肖像，即畫作《蒙娜瓦娜》。達文西也為喬康達夫人繪了一幅肖像畫《蒙娜麗莎》，《蒙娜瓦娜》與之比較相形失色。
達文西去世後，他的畫作便歸學徒們和助手沙萊所有。其中達文西遺贈了沙萊《蒙娜麗莎》，在他的遺囑里《蒙娜麗莎》被估為505義大利里拉，這對於此幅面積不大的肖像畫來說是非常之高的估值。
達文西在佛羅倫斯的日子還有許多在不同領域著名或者影響歷史的朋友。
從達文西的作品和早期傳記可以知道他是一位剛正不阿的人；也因尊重生命讓他成為一位素食者。
尤其當他把向乳牛擠女乃視為偷竊時，「全素」這個詞剛好適用於他。喬爾喬瓦薩里記錄了達文西的一件逸事︰當達文西還是青年時，經常在佛羅倫斯購買籠中鳥，然後將其釋放。
他也是一位備受尊崇的審美監賞家，特別是露天舞台創作。達文西應該是在青年時接受素食主義並終此一生。
2006年，人類學家宣布已重建達文西左手食指指紋。達文西的母親是從君士坦丁堡來的奴隸，證據是監定出60%中東裔人口都有相同的指紋螺旋特徵。
人類學家預期可以證實達文西日常生活作息的細節。但加利福尼亞大學歐文分校的犯罪學副教授對此反駁說︰「你不能憑這些統計去預測一個種族，尤其是只看一根手指時。」
達文西遵行一種不尋常的多相睡眠管理，以額外頻繁的打盹減少睡眠時間。
義大利佛羅倫斯烏菲茲美術館外的達文西雕像「在那些典範中，於佛羅倫斯任官職的有為百姓前，唯有他不斷的展現該如何抬昇喬凡尼洗禮池，而能涉足其中不損壞之，並且在激烈的爭論中說服其他人這是可能的，雖然之後他又讓每個已恍然大悟的人知道其實再怎麼努力也不可能實現。」─喬爾喬瓦薩里，《達文西的一生》