列奥纳多·达·芬奇（1452–1519）是意大利盛期文艺复兴画家，代表作包括《蒙娜丽莎》和《最后的晚餐》。他同时也是工程师、解剖学家、发明家和自然观察者，常被视为“全才”的典范。他的重要性一方面在于数量不多但广受推崇的绘画作品，另一方面在于大量的素描和笔记，这些资料记录了他对人体、透视、光、水力学、飞行和地质学的研究。他的许多计划未能完成，而且大部分笔记在数个世纪里都未曾出版，因此尽管他的声望不断提升，他对同时代科学的直接影响其实有限。
本词条按时间顺序叙述他的生平，从早年在佛罗伦萨接受的训练，到他在米兰、佛罗伦萨、罗马和法国宫廷中度过的岁月。随后讨论他的绘画技法和主要作品、他的解剖学与工程学研究，以及他的自然哲学探索。此外，词条还涵盖他的笔记、雕塑和建筑方案、其声誉的历史演变，以及围绕其传世作品的归属与保护等尚未解决的问题。
早年与在佛罗伦萨的学艺经历
这位画家于1452年出生在托斯卡纳小镇芬奇（Vinci）附近的一个小村落，该镇位于佛罗伦萨以西约25英里处。他的父母并未结为夫妻：父亲是一位佛罗伦萨公证人，母亲出身则要卑微得多。由于公证人的妻子没有子女，这个男孩最终被收养进了父亲的家庭。他的童年大部分时间是在芬奇周围的亲戚家中度过的，在那里他接受了非正式的教育，之后才迁往佛罗伦萨。从正规意义上说，他的学校教育仅止于基础的读写和算术，除了基本的阅读、书写和数学之外，再无更多。
各种资料对他开始学艺的时间说法不一。时间跨度从1466年到1469年不等，年龄则被记为十四或十五岁。一种说法是，1466年，十四岁的列奥纳多·达·芬奇成为安德烈亚·德尔·委罗基奥（Andrea del Verrocchio）工坊里的学徒；另一种说法称他在1467年，即十五岁时开始做学徒；还有一种说法则认为他到1469年才进入工坊。委罗基奥是佛罗伦萨的一位著名雕塑家，同时也从事绘画和贵金属加工，他的工坊提供了十分广泛的训练内容。学徒们接触制图、金属加工、石膏铸造、冶金、机械、化学、木工和皮革加工，同时还学习绘画和塑形。历史学家常常认为，师傅的榜样塑造了列奥纳多后来的观念，即艺术家应当将手艺与科学结合起来。列奥纳多把艺术家视为一个精通工程与解剖学、也精通设计的科学之人，这一观念在很大程度上得益于委罗基奥的示范。
委罗基奥的工坊承接过大型的合作委托，年轻的列奥纳多也为这些作品绘制人物形象。最著名的例子是《基督受洗》中的一位天使，两人约在1475年完成了这幅作品。后来有一则轶事称，师傅被这位天使的画技所折服，从此放弃了绘画，但这个故事很可能是经过润色的。他何时开始独立创作，同样存在争议。一种说法认为，他最早有文献可考的参与完成的绘画作品大约出现在1473年；而乌菲兹美术馆的《圣母领报》则被断代为约1472至1475年，可能是他现存最早的作品。由于工坊是集体进行创作的，要分辨委罗基奥、列奥纳多以及其他助手各自的笔触，常常十分困难。
1472年夏天，他二十岁时被登记为画家，加入了佛罗伦萨的画家兄弟会——圣路加公会（Compagnia di San Luca）。该组织与画家行会不同，行会名为医药与香料商行会（Arte dei Medici e Speziali），尽管两者在部分职能上有所重叠。即便父亲为他设立了自己的工作室，他仍与委罗基奥关系密切，又继续与其同住并合作了好几年。关于他最终离开的时间，各家说法不一，从1476年一直到1477年底都有。
塑造他的这座城市，是君主赞助与人文主义学术的中心。委罗基奥是十五世纪后期最优秀的雕塑家之一，深受美第奇家族的青睐。当时的佛罗伦萨也是基督教人文主义思想与文化的中心，在这样的环境中，古典学问确实享有很高的声望。甚至在抵达佛罗伦萨之前，列奥纳多就已能接触到一些学术典籍：在父亲位于芬奇的家中长大，他得以阅读家人和朋友所藏的学术著作。他早期的素描已显露出其广博的兴趣，包括几何、解剖学和工程学，这些兴趣将伴随他一生。
绘画技法：渐隐法、明暗对照法与透视
渐隐法
列奥纳多在绘画上最为人所知的贡献是渐隐法（sfumato），即让一种色调自然过渡到下一种色调，不留可见的接缝。轮廓不再用线条勾勒，而是融入周围的阴影之中。他将这种效果描述为色彩相互融合，没有线条或边界，"如同烟雾一般"。现代的论述通常把渐隐法视为文艺复兴时期的一种绘画方式，而列奥纳多将其发展得最为完善。不过，乔尔乔·瓦萨里（Giorgio Vasari）曾把这一技法的起源归于两位早期北欧画家，扬·凡·艾克（Jan van Eyck）和罗希尔·凡·德·魏登（Roger van der Weyden）。
这些层次的渐变是由多层颜料实际叠加而成的。渐隐法需要施加大量薄薄的罩染层（glaze），使光与影之间产生柔和的色调变化。据报道，对他的画面进行的技术分析发现，其罩染层往往只有不到一微米厚，主要由铅白并掺入少量朱砂调制而成。这一技法尤其适用于人脸，因为它能够以一种难以捉摸、近乎幻觉的方式呈现人的面容。
明暗对照法与大气透视
明暗对照法（chiaroscuro）是通过明暗对比来塑造形体，是列奥纳多风格的第二大支柱。这一名称由意大利语中"明亮"和"黑暗"两个词组合而成，该方法利用渐变的光影，使人物看上去具有立体的实体感。一般认为，列奥纳多对这一技法的完全掌握体现在《东方三博士来拜》（1481年）和《岩间圣母》（1483—1486年）等作品中，其中的色调塑造赋予人物重量感，并将他们安置于可信的空间之中。
列奥纳多还把距离视为空气的问题来处理。在《绘画论》中，他被认为是最早使用"空气透视"（aerial perspective）这一术语的人，并写道，颜色会随着与观察者距离的增加而减弱。他的建议非常具体：若想让一个物体看起来远了五倍，就应当把它画得蓝五倍。现代光学用空气分子和悬浮微粒对光的散射来解释这种色彩变化，这也是远处的山看起来发蓝的原因。列奥纳多还观察到，远处的形体会失去清晰度，他将这一现象称为"消失透视"（Perspective of Disappearance）。对比度的降低与色相的变冷共同赋予风景以纵深感。这一做法与他更广泛地运用线性透视以及对光学的兴趣密切相关。
油性罩染、混合媒材与《最后的晚餐》
列奥纳多乐于尝试新技法，这种尝试也确实伴随着真实的风险。在米兰圣玛利亚感恩教堂（Santa Maria delle Grazie）的餐厅里，他没有采用标准的壁画（fresco）方法，即将颜料涂在湿灰泥上。《最后的晚餐》是在干燥的墙面上以蛋彩和油彩完成的。干燥的表面让他能够反复修改、精心打磨。这使他能够放慢节奏，不断修订，从而达到他所追求的精细细节和色调渐变。
代价是附着力不足。关于具体的底层处理，各种资料说法不一：一种说法是将蛋彩和油彩涂在以胶黏合的白垩底层上，另一种说法则是墙面覆有一层沥青、石膏底料和乳香脂。无论哪种情况，壁画完成后不久颜料便开始剥落。可见的损毁很早就有记录，到1517年，参观者已经在记录它的衰败。后来的修复工作，包括1978年至1999年间的一次修复，稳定了画面并去除了后世的覆绘，但这幅作品的保存状况仍然是文化遗产保护领域的核心关切。
面部表情与"心灵的动态"
列奥纳多把表情视为绘画的核心问题。大约从1505年起，他在一系列笔记中以"心灵的动态"（motions of the mind）为题研究情感，并将人物面部表情与全身的姿势和神态联系起来。他对大笑与哭泣的比较便是这一方法的清晰例证：他特别指出，眉毛是区分这两种表情最主要的特征，并观察了眉毛如何上扬或聚拢。《绘画论》还就人体比例和面部表情提供了实用的指导，使画家能够通过身体让观者读懂人物的内心状态。从这一角度看，渐隐法不仅关乎画面的柔和质感，也关乎心理学，以及观者如何从一张脸上解读情绪。
主要作品与委托创作
列奥纳多完成的画板作品数量很少，许多委托项目最终未能完成，或被中途放弃。早期的宗教画和肖像画显示出他逐步转向更复杂构图的过程。《贝努瓦圣母》是他在1478年10月开始创作的两幅圣母像之一，一般认为其创作时间约在1478至1480年。学者认为，这可能是他第一件不依赖师傅韦罗基奥而独立完成的作品。《吉内芙拉·德·本奇像》与《受胎告知》以及未完成的《圣杰罗姆》同属他早期的佛罗伦萨时期。
《东方三博士来朝》是他早期规模最大的项目。佛罗伦萨圣多纳托·阿·斯科佩托修道院的奥古斯丁修士委托了这幅画，但列奥纳多次年便前往米兰，画作因此未完成。该画板自1670年起收藏于乌菲兹美术馆。其底层颜料层保存至今，因此即便作品尚未完工，人们仍可借此研究其构图。
《岩间圣母》有两个版本，构图几乎完全相同。卢浮宫版本通常被定在1480年代，但各种资料给出的年代范围从1483至1486年到1483至1494年不等。伦敦版本的年代标注为约1491至1508年，它是在与最初委托方——米兰一个兄弟会——就报酬问题产生争议之后绘制的。卢浮宫本身也指出，仅凭现存文献无法完全还原事件的确切经过。伦敦版本增加了光环，并为施洗约翰加上了芦苇十字架，同时去掉了天使指向的手势。
《最后的晚餐》绘于1490年代末米兰圣玛利亚感恩教堂的餐厅墙上，相关技法将在技法一节中讨论。他采用的实验性壁画方法在完成后不久便造成了损毁。《蒙娜丽莎》约于1503年在佛罗伦萨开始创作，但从未交付给委托人。列奥纳多一直将它带在身边，直到1519年在法国去世。
《安吉亚里之战》是他承接的市政委托中规模最为宏大的一件。该画原定用于韦基奥宫的议事厅，意在纪念1440年佛罗伦萨在安吉亚里战胜米兰的那场胜利。他从1503年10月起断续地创作这幅战争场景，直至1506年5月。那时他返回米兰，此作从此永久搁置。他为墙面设计了一种以油为媒介的技法，但画面很快便开始劣化。一位早期传记作者记载，颜料过于不稳定，这使得大师放弃了该项目。1563年，瓦萨里重新装饰了这间大厅，壁画残存的痕迹也因此被毁。如今，这幅作品只能通过前期草图和复制品来了解。其中心场景最为人所知的，是一幅16世纪的素描，后来鲁本斯对其加以扩展，现藏于卢浮宫。一些研究者提出，原作可能被埋在后来砌筑的墙体之后，但这一说法至今未获证实，仍有争议。
学者通常从几个相互交织的因素来解释这种反复出现的未完成现象。第一是技术上的实验：安吉亚里壁画的失败与《最后的晚餐》的问题，都源于他在大面积墙面上尝试使用非常规媒介，而这些媒介并不耐久。第二是他难以安定的工作习惯。他在不同的赞助人与城市之间辗转，最明显的是1482年从佛罗伦萨前往米兰，之后又返回，并且常常在新机会出现时便丢下尚未完成的项目。第三是合同纠纷，《岩间圣母》的遭遇便是例证。由于现存记录残缺不全，任何一次放弃的确切原因往往仍是争论的焦点，而非定论。
宫廷赞助与职业生涯
列奥纳多的职业生涯在少数几个宫廷之间辗转，每一次迁移都与某位赞助人的需要相关。约1482年，他前往米兰，寻求卢多维科·斯福尔扎的任用。他那封求职信的草稿保存至今，收藏于《大西洋古抄本》中，读起来更像一份军事与工程技能的清单，直到结尾附近才提到绘画。列奥纳多起初把自己描述为军事工程师，强调自己设计战争机械、攻城器械和创新防御系统的能力。正因为这种对工程技能的强调，这封信常被视为最早的职业履历之一，而它也为他在米兰宫廷赢得了长期职位。米兰是他的主要基地，大约十七年间，他在这里担任画家、工程师，并负责设计宫廷节庆。这一时期随着十年末斯福尔扎失势而结束，列奥纳多随后离开了这座城市。他在威尼斯短暂停留，曾向共和国元老院求见，并表示愿意效力担任工程师。
列奥纳多约于1500年回到佛罗伦萨，但直到1503年才在此定居。在城中的老宫（Palazzo Vecchio），他接到一项重要的公共委托，绘制佛罗伦萨在安吉亚里取得胜利的战役场景，作品计划用于大议会厅。这幅作品的对面墙则被安排给米开朗基罗，他刚刚完成《大卫》像。米开朗基罗的题材是卡希纳战役，两位艺术家之间的竞争成为该时期最为人熟知的事件之一。列奥纳多在壁画上进行的技术实验出现了问题，他于1505年5月离开佛罗伦萨前往米兰，这幅作品也随之被搁置。各家资料对合同的确切日期说法不一，但大多数将其定在1503年。这幅未完成的壁画将在"主要作品"一节中讨论。
1502年8月，他仍在佛罗伦萨时，接受了切萨雷·博吉亚的任用。他被任命为博吉亚的军事建筑师兼工程师。切萨雷是教皇亚历山大六世之子，也是教皇军队的统帅。他的工作偏重实用和制图。在接下来的几个月里，列奥纳多勘测了博吉亚位于佛罗伦萨北部和东部的据点，并绘制了他现存最令人印象深刻的地图，即伊莫拉镇的地图。1503年他回到佛罗伦萨，并在那里继续绘制地图，这表明博吉亚的委托直接促成了他后来的技术兴趣。这份工作使他在这一时期的大部分时间里远离绘画。有资料指出，他离开佛罗伦萨十个月，四处游历并勘测各地的领土。
博吉亚的委托结束后，列奥纳多的处境变得不那么稳定。约从1513年起，他在罗马生活了数年，受到重新掌权的美第奇家族的庇护。他在那里对大型委托的期望未能实现，这一时期更多是研究的时期，而非完成绘画作品的时期。1516年，他接受了法国国王弗朗索瓦一世的邀请。国王将昂布瓦兹皇家城堡附近的克洛吕塞宅邸赐给他居住，列奥纳多的最后几年便在法国度过。他于1519年5月2日在昂布瓦兹去世。后来一些描述他在国王怀中去世的说法属于传说，没有当时的证据支持。
解剖学与人体研究
列奥纳多的解剖学研究建立在他亲自进行的解剖之上，他把人体当作需要观察和描绘的对象。1510至1511年冬天，他在帕维亚大学的医学院与解剖学教授马坎托尼奥·德拉·托雷一同工作，这一时期他可能解剖了约二十具尸体。1510至1511年冬季，列奥纳多显然在米兰以南的帕维亚大学医学院工作，并与解剖学教授马坎托尼奥·德拉·托雷共事。此时他已能方便地获取人体材料，那个冬天他可能解剖了多达20具尸体。更早的1506年，他在佛罗伦萨的新圣母医院检视了一位意外去世的老人的遗体，并将所见记录在笔记中。他的笔记本里保存着大量细致的图画，描绘他在解剖中所见的器官、组织和骨骼结构。
他最详尽的研究涉及心脏和主动脉根部。由于人类心脏稀少，他也使用动物心脏。他将熔化的蜡注入牛的心脏，再制作出铸型的玻璃模型，然后用悬浮着草籽的水灌注，以观察其中的涡流。由此他发现主动脉根部基部有一个球状膨大，并推断这一膨大使主动脉瓣在每次心跳后闭合，这一观点直到20世纪初才被心脏病学家所接受。他对心脏的整体认识仍接近盖伦的理论，因此他从未完全理解血液循环。直到1628年，威廉·哈维才充分论证了血液循环系统。尽管如此，列奥纳多已理解心脏是一个单向的泵，并且他已接近发现血液循环。
约作于1490年的《维特鲁威人》是一幅钢笔墨水素描，将他的解剖学与建筑理论联系起来。画中一个裸体男子以两个叠加的姿势出现，四肢张开，同时被内接于一个圆形和一个正方形之中。这一形象借鉴了古罗马建筑师维特鲁威的主张，即神庙的比例应当反映人体的比例。列奥纳多并非简单照搬古代的比例。他从1489年开始进行解剖学研究，并对比例作了修改；此图还体现了他自己的测量数据、同时代人的图稿，以及莱昂·巴蒂斯塔·阿尔贝蒂的《绘画论》。其结果是艺术理想与科学理想的独特融合。
他约在1510至1512年间绘制的胚胎学图稿，是他最为人熟知的解剖学图像之一。列奥纳多被认为是历史上第一位正确描绘人类胎儿在子宫内正确位置的人。他还将子宫描绘为单室结构，而当时许多人相信子宫是多室的，并认为这种多室结构在双胞胎的情况下把胎儿分隔在各自的隔室中。然而，他的图稿并非毫无错误。由于他不久前研究过一头怀孕的母牛，他最著名的解剖图（展示一个蜷缩在展开的子宫中的胎儿）因此带有牛的特征，例如多个胎盘。尽管他似乎在某个时候解剖过一名孕妇，但他始终未能发现人类胎盘是单一且呈盘状的。
这项工作的实际影响有限。他开始进行解剖，并计划出版一部解剖学专著，其中包括他对解剖的图画。这部专著从未问世，他的发现也没有进入当时的医学文献。他去世后，他那些未完成且未出版的素描本在将近300年间基本不为人知。他的手稿落入其助手弗朗切斯科·梅尔齐手中。尽管早期传记作者提到了这些解剖图，但其内容密集且杂乱无章，几乎无人能够理解，实际上等于失落于世。
工程、机械与军事设计
达·芬奇的笔记把飞行视为一个长期的研究课题，而不是某一项单独的发明。他的大量相关资料来自对鸟类和蝙蝠的细致观察，设计自己的飞行装置时也借鉴了这些动物的翅膀结构。他的研究和翅膀设计方案主要参考了蝙蝠翅膀的骨骼结构。最著名的成果是扑翼机，这是一种以人力驱动的机器：操作者俯卧在一块木板上，通过手柄、脚踏板和一套滑轮系统，带动两只大型膜状翅膀。他绘制过一种装置草图，飞行者俯卧在木板上，借助手柄、脚踏板和滑轮系统操作两只大型膜状翅膀。达·芬奇怀疑人的肌肉能否支撑这种飞行器。最终，他意识到人体肌肉的力量和灵活性不足以让他的机器升空。没有任何文献证明他制造或试飞过这些设计。达·芬奇没有制造出有文献记载的飞行器，没有驾驶过扑翼机，没有发明现代直升机，也没有证明降落伞
他的降落伞草图之所以更为人所知，主要是因为后人对其进行的测试，而非达·芬奇本人的制作。它由一块亚麻布顶篷撑在刚性的金字塔形木架上构成，他的笔记标注其尺寸为宽十二布拉恰、高十二布拉恰，约合7米。这一金字塔形设计于2000年由英国人阿德里安·尼古拉斯测试，2008年又由瑞士跳伞运动员奥利维耶·维耶蒂-特帕进行了测试，二者都证实了其可行性。另一个相关的旋翼构想被称为“空中螺旋”，其螺旋形式模仿水螺旋，但目的是推动空气。这幅钢笔墨水草图勾勒出一种类似现代直升机的飞行器构想，它带有一个螺旋形旋翼，即“空中螺旋”，原型是水螺旋，但设计用来推动空气这种流体，而非水。
战争机械
达·芬奇的军事图纸包括笔记中被引用最多的一些设计。其中最著名的是装甲车。它设计于1487年，当时达·芬奇受卢多维科·斯福尔扎赞助。车体的圆锥形外壳受乌龟壳启发，计划以木料制成并以金属板加固。各种资料对于需要多少人驾驶它的说法并不一致：一种说法是内部由四名壮汉操作两个大型摇柄，另一种说法则是八人转动摇柄带动车轮。这一设计还存在严重缺陷：其齿轮排列顺序颠倒，导致车辆无法运转。有评论者认为这可能是有意为之，以防止设计被滥用，但这仍只是推测。2009年一档电视节目重建了这辆车，并修正了齿轮结构，使其能够移动。一组工程师和工匠接受了挑战，重建达·芬奇的装甲车设计，这一设计通常被称为他的“坦克”。
镰刀战车遵循的是同样的震慑与破坏逻辑。它在马拉车辆的两侧和前方装有刀片，镰刀安装在与车轮相连的车轴上，车辆前行时应能切割其高度范围内的一切。历史学家普遍认为它从未被建造。它确实是一种极其致命的战争机械，但很可能从未制成。其他图纸还包括一种大型弩和一种多管武器。其中一种弩的设计意在作为巨型投射器，一种连发武器则设计为由人力驱动的踏轮操作。这些机械在他在世时几乎没有经过测试，许多只以图纸的形式留存下来。
民用与水利工程
达·芬奇的民用工程与水密切相关。他受雇于卢多维科·斯福尔扎期间，为运河、防洪措施和城市供水系统制订了方案。在米兰，他还重新考虑了一个较早的运河方案，即连接米兰与科莫湖的运河。他的水利工程工作包括制订排干意大利乡村大片土地的规划，以及修建大量运河，其中包括阿达运河，该运河将连接米兰与科莫湖。
他最雄心勃勃的项目是1503年的阿尔诺河方案。当时佛罗伦萨正与比萨交战，佛罗伦萨需要切断比萨的出海通道。1503年7月，达·芬奇造访佛罗伦萨军营，并在尼科洛·马基雅维利的支持下，提出了改道阿尔诺河、切断比萨入海通道的方案。根据保存下来的图纸，达·芬奇的提案要求开凿一条由水坝供水的深水新河道。该河道设计为河口宽80英尺、末端宽64英尺、深30英尺、长1英里。达·芬奇估计，修建这条河道需要移除超过一百万吨土方，耗费五万多个工日。工程于1504年开始，但最终失败。图纸上的分流渠道以深色线条标示，从阿尔诺河向西南延伸至利沃诺附近；1504年8月确实开始了挖掘，但该方案很快被放弃。历史学家对于达·芬奇与马基雅维利在这一规划上合作的程度存在争论。历史学家大体上认为马基雅维利是这两项工程的核心人物，但他与达·芬奇在阿尔诺河改道工程上合作的具体程度仍有争议。
机械装置与自动机
达·芬奇的笔记中包含大量机械研究，包括齿轮、起重机、滑轮和起重装置，这些装置常常被绘制为更大机器的组成部分。他还绘制过自动机的草图，其中最受关注的是一个机械骑士，通常被定为1490年代的作品。有学者怀疑这幅图是否出自达·芬奇之手，其归属至今仍有争议。现存图纸只能部分说明这类装置如何建造或运作，因此对其的复原在很大程度上取决于解释。
自然哲学：水、光学、地质与植物学
水与湍流
水是列奥纳多反复研究的对象，相关笔记也是他手稿中最为丰富的部分之一。大约在1508年至1513年间，他描绘并注释了流动水体的涡旋运动。"湍流"（turbulence）一词最早出现在他的《大西洋古抄本》（Codex Atlanticus）中。温莎城堡收藏的一张图纸约绘于1510至1512年间，画中一股水流从水闸倾泻入水池，流体动力学研究者常将这幅画视为湍流研究的第一份重要文献。他还追踪了交错的水流与逆向水流，注意到低层波浪会从高层波浪之下穿过，并观察到水沿不平整的河床下泻时，表层流速更快。现代研究曾用理论检验这些图像：一个光滑粒子流体动力学（SPH）模型再现了水池图中的水流，其作者认为，列奥纳多抓住了复杂气水流动的基本特征。晚年，他还绘制了《大洪水》系列图稿，画中远处的大地即将被翻涌沸腾的巨量湍流之水吞没。史学家一般认为这些作品是想象性的幻象，而非对圣经洪水的写实图解，因为画中并未描绘人畜的毁灭，也没有诺亚方舟。
光学与眼睛
列奥纳多的光学研究将仔细观察与既有理论结合在一起。他是最早将眼睛与针孔成像装置（暗箱，camera obscura）相比较的人之一，他绘制的此类装置内壁上倒立影像的图稿，有助于确立暗箱作为艺术家工具的地位。该装置出现在一幅约绘于1508至1509年间的素描中，他对其的描述也保存在《大西洋古抄本》里。他对眼睛的分析同样显示出其知识的局限。他认识到光线在眼内会发生折射与反射，但由于解剖知识不够完备，他无法发展出生理光学；他绘制的眼内圆形晶状体草图也表明，他仍然大量依赖中世纪的光学模型。
地质与化石
他的地质学工作是观察先于理论的最清晰例证之一。他推断，山脉形成时会将海相沉积物抬升，把含化石的岩层带到高处。他以此推理否定了"普遍大洪水"可以解释丘陵和山地中海洋化石的观点，依据则是水力学原理以及与当今自然过程的比较。他还将遗迹化石作为亚平宁山脉沉积层序具有海洋成因的证据：他的笔记记载了在岩层之间发现的蠕虫爬痕，这些岩层在动物爬行经过时仍是松软的。在罗马涅河谷，他区分出坚硬的岩石地层、布满贝壳的青灰色海相土层，以及山麓丘陵的普通土壤；当地现今的黏土层，其名称正是他所创造的。一些史学家认为，他的这套推理隐含着深远地质时间的可能性。他的沉积学观察只记录在笔记本中，他从未发表过自己的理论，而笔记本后来散佚或遗失，因此其影响延迟了几个世纪才显现。他在运河与灌溉工程中的工作，也促使他研究河流、河谷以及河流携带入海的泥沙。
植物学与几何学
列奥纳多的植物学笔记考察植物如何生长、枝条与分枝如何分岔，以及叶片如何排列以获取光照。他记录了一条关于分叉处各分枝横截面积之和与其下主干横截面积之间关系的规律，常被称为"列奥纳多法则"，但该规律只对真实的树木近似成立。他对形式的兴趣还使他与数学家卢卡·帕乔利合作撰写了《神圣比例》（De divina proportione），该书于1509年在威尼斯出版。帕乔利关于几何比例的论著配有列奥纳多绘制的正多面体插图，其中许多以骨架式线框立体呈现，使抽象的几何形体变得可见。
笔记与书写练习
达·芬奇存世的笔记资料通常以数千页计，但具体总数取决于散页如何计算。有一种估计认为，他在约50册笔记本中留下了2万至2.8万页的笔记和草图；而存世部分最常被估计为约7000页。其他来源给出的数字又各不相同，因此这些数字只能视为粗略估计。
这些书页将图画与文字混杂在一起，内容涵盖极为广泛的主题，包括绘画、工程、哲学、战争、生理学、风景、比例、透视、地理、地质学、光影等。笔记大多用意大利语写成。笔记本并未按主题分类：同一页上可能从水力学跳到帽子。其内容往往零散不全，1487至1490年的《特里武尔齐奥手稿》便能很好地体现这种广度。该手稿包含面相学研究、建筑草图和机械图解，末尾还附有长长的词汇表，记录了他扩充自身词汇量的尝试。
镜像书写与速记
大部分笔记从右向左书写，字母是反向形成的，因此只有在镜中反射时才能读懂。最常见的解释是出于实际需要：一个左撇子若从右向左书写，就不必把手拖过未干的墨迹。最简单、也最为人接受的理由是他惯用左手，这一解释通常比旧有的说法更受青睐——后者认为这种文字是为了隐藏他的思想。该说法认为，反向书写可以保护他的构想不被窃贼或教会审查者获取（即让笔记更难辨读，防止他人窃取其创意），这一观点曾被反复提出。反对存在刻意密码的证据在于，他在许多私人笔记中一贯使用镜像书写，而在正式或公开场合，他又能够使用标准字体书写。笔记中还使用了速记和符号，这些缩写让他自己书写得更快，主要只有他本人能够理解。
主要手稿汇编
如今，几部手稿已不以达·芬奇本人命名，而是以其后来的所有者或编纂者来命名。《莱斯特手稿》共72页，内容是达·芬奇关于天文学、水的性质、岩石与化石、空气和天体光线的观察与理论的混合。1719年，该手稿被莱斯特伯爵托马斯·科克购得；1994年，它在拍卖会上以3080万美元成交。
《大西洋古抄本》是这一组手稿中规模最大的。它由1119张纸页组成，年代跨度为1478年至1519年，但其现有形式是后来重新编排的结果。16世纪末，雕塑家庞培奥·莱奥尼将其汇编成册，在此过程中拆散了达·芬奇的部分笔记本。联合国教科文组织的资料给出的数字较少，为1068页，分装于十本皮面精装册中，因此不同来源的数字有所出入。
《论鸟的飞翔》手稿篇幅较短，内容也更为连贯。该手稿约作于1505年，共18折页，现藏于都灵皇家图书馆。它以达·芬奇著名的“镜像”文字书写，即从右向左反向书写。该手稿的流传经历异常曲折，在抵达都灵之前，至少经过了十位所有者和九个地点。
逝世后的散佚
达·芬奇将其手稿留给了他的学生弗朗切斯科·梅尔齐。梅尔齐在他临终时陪伴在侧，并被指定为遗嘱执行人和继承人。梅尔齐将手稿保存在米兰附近的瓦普里奥·达达别墅中。1570年梅尔齐去世后，其子奥拉齐奥对这些手稿兴趣寥寥，手稿于是脱离了家族的掌控。西班牙国王腓力二世的宫廷雕塑家庞培奥·莱奥尼设法获得了其中的许多手稿。部分笔记被重新编入《大西洋古抄本》，其余则散落各处。这些手稿流散至欧洲各地，最终或进入西班牙的博物馆，或落入英格兰贵族和王室的收藏之中。另一次损失发生在米兰贵族加莱亚佐·阿科纳蒂将一批手稿捐赠给安布罗修图书馆之后，这批手稿后来被拿破仑·波拿巴窃取并带往法国。如今，所有存世的达·芬奇笔记本都保存在欧洲各地图书馆和博物馆的藏品之中。
未发表笔记影响甚微的原因
达·芬奇写作是为了自己，而非为了出版。他从未努力促成笔记的出版，这些笔记也大多不为外界所见。数百年间，这批庞大而隐秘的手稿，除极少数最顶尖的收藏家外，几乎无人得见。梅尔齐本应负责让这些资料得以流传，而达·芬奇也希望自己的著作能在他死后与世人分享、为他人阅读，但弗朗切斯科始终未能完全实现这一目标。唯一的例外是梅尔齐编纂的绘画论著。这部由其继承人弗朗切斯科·梅尔齐汇编而成的论著，其节略本于1651年首次在法国出版，完整文本则以现代形式于1817年问世。达·芬奇笔记的整体内容直到更晚才得到研究，因为直至1800年之后，关于他的智识与技术成就的记录才开始得以出版。
雕塑、建筑与舞台设计
斯福尔扎骏马
列奥纳多最雄心勃勃的雕塑计划是为弗朗切斯科·斯福尔扎制作一座骑马纪念像。这项委托于1482年由其子卢多维科下达，计划建成当时规模最大的骑马雕像。为此，列奥纳多在斯福尔扎的马厩中研究马匹，并撰写了一部马的解剖学论著。方案要求将整座雕像一次性浇铸成型，采用多块组合的铸模，并设置带有熔炉的浇铸坑，使青铜表面不留接缝。到1493年11月，一座约7至8米高的全尺寸泥塑模型在斯福尔扎的一场婚礼上展出，为列奥纳多赢得了极大的声誉（不同史料对其确切高度的记载有出入）。1494年，原定用于铸造雕像的约70吨青铜被挪作他用，改铸大炮，以供斯福尔扎抵御法国。1499年，法国士兵把这尊泥塑当作靶子，之后残存的部分又遭风雨侵蚀。青铜雕像最终从未浇铸，流传下来的只有图稿。数百年后，人们依据这些图稿制作了现代复原件。
特里武尔奇纪念碑及其他墓葬设计
约1508至1511年间，列奥纳多又设计了另一座骑马纪念像，这次是为雇佣军首领詹·贾科莫·特里武尔奇设计的陵墓。特里武尔奇曾于1499年率法国军队进入米兰。草图沿用了他早先为斯福尔扎骏马构思的一些理念，但马匹改为缓步行走，不再是动感十足的人立姿态。底座部分为一具石棺，外围是一座令人想起凯旋门的结构。现存文献中有一份详细的造价估算，内容是在大理石底座上铸造一尊真人大小的青铜人马像，但没有证据表明实际工程已经开始。学者们对于当时是否存在正式委托意见不一。特里武尔奇于1518年去世，比列奥纳多早几个月。
建筑：米兰大教堂与集中式平面教堂
1487年，列奥纳多参加了米兰大教堂交叉塔（tiburio）的设计竞赛，参赛的还有数位其他建筑师。他的图纸显示了一座八角形塔楼，带有双层拱顶和扶壁。约1487至1488年间，他还制作了一个木质模型，并附上一封说明信。有一种说法称他主张采用方形平面，理由是这样更为坚固，因此关于他提案的记载并不完全一致。他自己的设计最终并未按提案建成。
除大教堂之外，列奥纳多的笔记本中还有大量关于教堂的研究，平面涉及圆形、方形、八角形和希腊十字形，许多方案顶部还设有穹顶。他用平面与鸟瞰相结合的方式来表现这些空间，这是呈现立体集中式建筑的一种新颖方法。这些方案大多停留在研究阶段，并未付诸建造。他还为法国的王室宅邸设计过方案，其中包括罗莫朗坦的一个项目，并绘制过理想的城市布局草图。这些城市规划将在关于城市规划的章节中进一步讨论。
节庆与舞台机械
在斯福尔扎宫廷，列奥纳多设计过依赖暗藏机关的节庆演出。最著名的例子是1490年为詹·加莱亚佐·斯福尔扎与阿拉贡的伊莎贝拉的婚礼而上演的《天堂》表演，其中一套机械装置再现天体与行星并使之运转。他为宫廷所做的工作运用了制作机器时的同样技艺，包括齿轮、滑轮以及精心计时的运动。由于这些演出都是临时性的，相关记录也残缺不全，因此后人只能部分地依据他的图稿和同时代人的记述，来还原他舞台设计的具体细节。
遗产、接受与史学研究
瓦萨里与艺术家天才形象的塑造
乔治·瓦萨里的《最杰出画家、雕塑家和建筑师传记》于1550年在佛罗伦萨首次出版，1568年推出扩充的第二版，两版中都收有达·芬奇的传记。瓦萨里按历史脉络安排艺术家的次序，从早期的开拓者逐步走向“成熟”阶段，而达·芬奇、拉斐尔和米开朗基罗则被视为成就的巅峰。瓦萨里将达·芬奇描绘为一位其创造力与精致风格为后世艺术家树立标准的人物，由此帮助确立了艺术家天才的形象，这一形象此后延续了数个世纪。他还记录了关于达·芬奇生活习惯、未完成的作品和个人性格的轶事，其中一些故事后来被史学家质疑，因为瓦萨里是在事件发生几十年之后才写作的，并不总是追求严格的准确性。尽管如此，这部著作仍常被视为现代艺术史的起点，1550年的出版也被广泛认为是这门学科开始成形的时刻。
弗洛伊德的精神分析研究
西格蒙德·弗洛伊德的《达·芬奇与他童年的一段回忆》发表于1910年。这是弗洛伊德第一次从精神分析的角度进行较为完整的传记写作，其主要论据是达·芬奇笔记中记录的一段童年回忆。在这段文字中，达·芬奇描述了一只鸟（弗洛伊德将其译为秃鹫）在他摇篮中时用尾巴撑开自己的嘴。弗洛伊德将这一情节解读为与婴儿期及达·芬奇与母亲的关系相关的幻想，并进一步推演到达·芬奇的性取向、科学好奇心，以及《蒙娜丽莎》和《圣母子与圣安妮》等作品中微笑女性的形象。据称弗洛伊德本人对这篇文章颇为不安，他自己也认为其中多有臆测。
学界的批评十分尖锐。后来的学者指出，意大利原文中的鸟是风筝（nibbio），而非秃鹫，因此弗洛伊德的大部分神话式论证建立在一个翻译错误之上。史学家还认为，关于达·芬奇内心世界的证据过于单薄，不足以支撑从中得出的心理学结论。如今，这篇文章与其说是可靠的传记，不如说是精神分析史和心理传记传统中的一个里程碑。
手稿与学术整理版
达·芬奇的手稿在他去世后大多散失，许多手稿几个世纪都未能付印。其现代研究真正开始于19世纪，当时学者们着手收集并整理保存下来的抄本和散页中的残篇。他的著作整理本，尤其是让·保罗·里希特于1883年编辑的选集，使其思想得以为更广泛的公众所接触，也使人们的注意力从他作为画家的声誉转向他在科学与工程方面的工作。这项学术工作至今仍在继续，新的转录本和数字化的影印件使研究者能够比对曾经分散在不同收藏机构中的书页。
《蒙娜丽莎》的名声
在1911年之前，《蒙娜丽莎》已在巴黎和佛罗伦萨受到推崇，但它当时还不是世界上最为人熟知的图像。1911年8月21日，意大利人文森佐·佩鲁贾（Vincenzo Peruggia）把画板藏在工作服下，走出了卢浮宫。佩鲁贾曾为卢浮宫承包商的一家公司做玻璃安装工。失窃次日被发现，成为轰动一时的新闻，此后两年多的搜寻使这幅画持续占据报纸版面。佩鲁贾将画藏在他位于巴黎的住处，并于1913年试图把它卖给一位佛罗伦萨的古董商，后者报了警。这幅画于1914年1月回到卢浮宫。佩鲁贾声称自己的行为出于爱国动机，认为拿破仑曾从意大利夺走这幅画，但史学家指出，有证据表明金钱是一个重要动机。这一事件使这幅肖像家喻户晓，此后它在印刷品、广告和大众文化中被大量复制，也使达·芬奇的名字成为艺术天才的泛称。
作品归属、鉴定与悬而未决的问题
现代列奥纳多作品归属问题中，价值最高的当属《救世主》。佳士得于2017年11月15日在纽约拍卖了这幅画板画，含佣金的成交价为450,312,500美元，创下拍卖纪录。这幅画曾经历大规模修复，此次拍卖使一场专业领域的争论成为全球新闻。佳士得表示，一个专家小组在拍卖前近十年就已确定其归属，并于2017年再次确认，学界对此大体达成共识。但也有其他专家持不同看法。列奥纳多研究者马修·兰德鲁斯认为，这幅画主要出自贝尔纳迪诺·卢伊尼之手，卢伊尼是列奥纳多的学生兼追随者；而马丁·肯普则以专著的形式为列奥纳多的归属辩护。因此，争论的焦点不在于是否有工作室参与创作，而在于画面中有多大比例、哪些创作阶段出自列奥纳多本人之手。修复、后期覆画以及工作室的复制品使这一问题更加复杂。2017年以来，这幅画未再公开展出，这使该问题持续受到媒体关注。
他的几部重要作品已不以原貌存世，因此对它们的复原只能依靠推断。《安吉亚里之战》原本是为佛罗伦萨韦基奥宫大议事厅设计的壁画，列奥纳多的创作约始于1503年，至1506年左右。关于它为何失败，各方说法不一：有人认为是墙面的实验性处理和颜料流淌或无法干燥所致，也有人认为作品在早期阶段就已被搁置，之后墙面又被重新改造。1560年代，乔尔乔·瓦萨里在该区域上绘制了壁画，将原作覆盖。现存的资料包括一批草图、局部底稿以及复制品，其中最重要的是彼得·保罗·鲁本斯约绘于1603年的素描，现藏于卢浮宫。2012年，毛里齐奥·塞拉尼领导的团队宣布，原作可能仍保存在瓦萨里壁画的背后，但同年晚些时候，由于各方之间的分歧，搜寻工作被叫停，至今未能证实壁画的任何痕迹。已失传的《弗朗切斯科·斯福尔扎骑马像》情况与此相似：其等大的泥塑模型于1499年被毁，青铜像也从未铸成。它的样貌只能从素描、笔记和后人的复原中得知。
确定其素描和笔记的年代并判定作者，是同样持久的难题。他的手稿许多地方没有标注日期，而且其死后页面常被重新排序或散失，因此学者只能依靠纸张类型、笔迹、文中对事件和赞助人的提及，以及其已知画作的时间顺序来进行判断。工作室内的情况同样如此。列奥纳多的工作室中有助手和学徒，他们会临摹他的构图，有时还会在同一画板上工作，而在部分由他人完成的作品中，这些人的笔触往往难以与列奥纳多本人的区分开来。因此，许多作品目录将作品分为三类：完全出自列奥纳多之手的作品、他承担了大部分工作的作品，以及出自其圈子或追随者之手的作品。而这些类别之间的界限，至今仍有争议。
相比上述问题，《蒙娜丽莎》画中人物的身份有较为清晰的文献依据，但并非所有问题都已定论。几个世纪以来，人们提出过各种不同的人选，包括伊莎贝拉·德·埃斯特、切奇莉亚·加莱拉尼、卡特琳娜·斯福尔扎，甚至还有列奥纳多本人。1550年，瓦萨里提出画中人是佛罗伦萨商人弗朗切斯科·德尔·乔孔多的妻子莉萨·格拉迪尼，但这一说法长期受到怀疑。阿戈斯蒂诺·韦斯普奇在一本藏于海德堡大学、印刷于1477年的西塞罗著作中写下的一条旁注，注明日期为1503年10月，其中提到了她的名字，并表明当时这幅肖像正在创作中。这份文献已成为传统身份认定的主要依据。在更具体的问题上，争论仍在继续：有学者认为，韦斯普奇的旁注指的可能是这幅肖像的更早版本；而风景、微笑、服饰等细节的含义，也催生了许多相互竞争的解读。2012年，研究者曾尝试通过对莉萨·格拉迪尼遗骸进行法医学检测来验证这一身份认定，但结果并不具有决定性。
保护与现代技术研究
关于列奥纳多绘画技法的许多认识，如今主要来自无损成像技术。红外反射成像始于20世纪50年代，原理与普通红外摄影相似，但其探测器能够响应约2000纳米以内的波长。这使它能够穿透部分不透明颜料，显示其下的底稿。X射线检查与多光谱成像相结合，可以呈现绘画过程中所做的改动。这些方法多次揭示了列奥纳多木板画中的预备构图以及后来的修改。
《蒙娜丽莎》受到的研究尤为深入。开发了Lumière Technology扫描系统的帕斯卡尔·科特（Pascal Cotte）采用分层增强方法，捕捉到画面较浅色区域中微弱的炭笔线条。他将额头和手部的一些痕迹解释为扑粉（spolvero）底稿的痕迹，这意味着构图可能是从一幅等大的素描转印而来。这一解读基于一位研究者的高分辨率工作，尚未获得更广泛的学术共识，因此应视为一种提议，而非定论。
材料分析也日益精细。2023年的一项研究对该画白色底层的一份微量样本进行了分析，综合运用同步辐射X射线衍射和显微傅里叶变换红外光谱，发现其中混有高度皂化的油脂，并含有比例很高的铅化合物。宏观X射线荧光此前已显示，铅在整块画板上均有分布。这类发现有助于修复人员了解各层对湿度、光照和溶剂的反应，也为是否清洗或保留清漆的决定提供依据。1999年，卢浮宫宣布不会去除《蒙娜丽莎》发黄的清漆。这一选择受到围绕《最后的晚餐》的争议的影响，人们变得更加谨慎。
《最后的晚餐》是现代保护工作主导列奥纳多作品接受史的最明显例子。由于列奥纳多是在干灰泥而非湿灰泥上作画，颜料从未与墙体牢固结合。米兰的餐厅又饱受潮湿、厨房蒸汽、霉菌、被切开的门洞以及战时炸弹损害之苦。由皮宁·布兰比拉·巴尔奇隆（Pinin Brambilla Barcilon）主持的修复工作于1999年5月揭幕。各方资料对修复历时的说法不一，一般称约二十至二十二年，其中一种说法认为始于1977年。修复人员去除了覆盖的颜料层、清漆和灰尘，用红外反射光谱法评估画面表面，并对缺失部分进行补绘：先用中性色调，后来改用与周围色彩相近的水彩。修复后的画面更加明亮、清晰，一些评论家给予好评。另一些人则认为，去除早期各层之后，列奥纳多本人的笔触所剩无几。倡导组织ArtWatch UK警告说，过度使用新技术可能造成不可逆的损害，并质疑企业赞助的影响。
1999年修复之后，主要关切转向了环境稳定性。餐厅被改造成一个密封的、温湿度受控的空间，并严格限制参观人数，以减缓水汽和污染物向画面的渗透。画作状况通过包括激光扫描在内的无损方法定期监测，以生成三维记录，从而能够及早发现剥落或新裂纹等变化。
数字化扩大了人们接触笔记本的途径。《大西洋古抄本》是一套十二卷本的文稿，共1119页，收藏于米兰的安布罗修斯图书馆，近年已实现全部在线浏览。伽利略博物馆的Leonardo//thek@项目于2023年在网上发布了其书页的图像和转录文本。由于16世纪的编纂者庞佩奥·莱奥尼（Pompeo Leoni）剪裁并重新排列了许多书页，数字化重建也使学者能够将长期分离的残页重新匹配。列奥纳多机械装置的可运行复制品，例如米兰复原的起重机，让工程师得以检验他的设计按图纸制作是否真能运转。这一研究路线依赖的正是同样经过数字化的图纸。
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