O Físico:
Leonardo defendia que: "Para conhecer os movimentos do organismo, é preciso antes estudar o movimento em si". Procurou interpretar o movimento dos corpos, observando mesmo sem o auxílio de instrumentos o deslocamento de corpos celestes.
Leonardo intuiu a idéia de impulso e quantidade de movimento, dizendo: "Impulso é a impressão de movimento transferido ao motor do móvel". Analisando seus textos, conclui-se que ele também concebeu o princípio da inércia, embora sem o rigor caracterizado por Galileu:
"Toda impressão tende a permanecer como mostra o modelo do movimento impresso a um móvel".
"Nenhuma coisa se move por si mesma, mas seu movimento é produzido por outros".
"Todo movimento espera ser mantido, ou seja, todo corpo em movimento move-se enquanto conserva a impressão da potência de seu motor".
Leonardo realizou estudos extensos sobre a mecânica dos fluidos. Tinha várias idéias sobre como remover a água de um local para outro e comprovou seus conhecimentos em hidrodinâmica com a construção de canais. Formulou teorias para a formação das chuvas, observando o congelamento da água e a evaporação devida ao calor. Enunciou que: "O mar é eqüidistante do centro da Terra e é a superfície mais baixa do mundo". Expressou suas idéias sobre o curso dos rios, adversas de seus contemporâneos: "As partes mais baixas de uma montanha são aquelas em que se unem os vales, e a parte mais baixa de um vale é o rio, causa destes vales. Os rios tem suas partes mais baixas na confluência com o rio principal, onde, perdendo sua forma, perdem igualmente o nome. Enfim, a parte mais baixa dos rios principais é o mar, onde os rios e seus afluentes repousam de suas peregrinação".
Em suas anotações, também expõe o conceito de vazão, explicando porque a água corre mais rapidamente nas partes mais estreitas de um canal.
No campo da Astronomia, Leonardo refutou a teoria de Ptolomeu segundo a qual o Universo seria formado de esferas concêntricas, tendo como centro a Terra, girando umas sobre as outras. Também contestou a afirmação do filósofo grego Heráclito de Éfeso, segundo o qual o Sol teria 33 centímetros de diâmetro. Comparando a cor da luz solar com a do bronze fundido, invalidou as teorias de que o Sol seria uma estrela fria, simplesmente por não exibir "cor de fogo". Observou que a luz solar atravessa o ar e água (em pequenas quantidades) sem sofrer absorção aparente. Concluiu que os planetas não têm luz própria, mas refletem a do Sol.