在科学上，达文西是一个钜细靡遗的观察家，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。
达文西在师从韦罗基奥时，开始认识人体解剖学。当时韦罗基奥坚持要所有门徒学习解剖学。
当达文西成为成功的艺术家时，得到於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（第一个义大利本土医院）作业。
151o─1511年，则与托尔医生共同工作。3o年内，达文西共解剖了3o具不同性别年龄的人体。
当与托尔医生共同工作时，达文西准备出版解剖学理作品并制绘了过2oo篇画作。然而，他的书直到168o年（辞世161年）才以《绘画论》为名出版。除了人体外，达文西也解剖了牛、禽鸟、猴、熊、蛙以作为解剖结构比较。
达文西画了许多人体骨骼的图形，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。
达文西也能卓越地表现头骨的形态以及脑部不同的交叉截面图，如横断面、纵切面、正切面。他画了许多图，内容包括肺脏、肠系膜、泌尿道..。
他是第一个画出子宫，放在「turningthepages」的分页中。达文西手中主要的科学纪录─莱斯特抄本则为比尔、盖茨所拥有，目前每年在全世界不同的城市展览。
对那些认为达文西想要将他的观察普及为大众知识的人来说，为何达文西不出版或以不同的方式散布手稿内容，至今仍是一个谜。
科技历史学家路易斯姆福特认为达文西将手稿有如个人游记般保存，那麽想将这些成果用於不当之处的人将无所查阅（比方坦克车）。
直到19世纪，这些手稿都一直处於隐匿状态，但对那时的科技展而言，已无直接助益。
2oo5年，研究人员现所谓的达文西秘密实验室，这个实验室用来作飞行及其他先进科技研究，现的位置在佛罗伦斯市中心的古罗马圣地西玛安纽立亚他大教堂，隔壁修道院的一间事先封闭的房间。
私下，达文西始终保持秘密。并宣称其厌恶**关系，曾说「与生儿育女有关的任何事令人厌恶，人若没有美好面孔以及美感素质将会早亡」。根据后来佛洛依德分析艺术家时的解释，达文西是性冷感者。
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