达·芬奇有数以百计的日记条目写到了人类和鸟类的飞行，这暗示他渴望像鸟儿一样在空中飞翔。事实上，他关于所谓飞行器的设计——他在笔记本上精心勾勒的——是仿照了鸟类和蝙蝠的解剖骨骼。
达·芬奇的设计特色把一对巨大的翅膀与一个木架相连，一个勇敢的飞行员可以脸朝下躺在里面，通过转动曲柄来上下扇动翅膀，从而移动一系列的杆条和滑轮。不幸的是，达·芬奇从未制造过这个设备，即使他制造过，也很可能不会成功，因为飞行器缺少发动机，所以目前还不清楚它将如何离开地面。即便达芬奇可以让飞行器在一个高高的悬崖上飞起来，也不可能完整无损地返回地面。
为了获得斯福尔扎的青睐，达芬奇设计了一些战争工具，包括可以在战斗中挫败敌人的装甲车。这是一个由人力推动的、覆盖金属板的工具车，其金属缝隙可以使得意大利士兵在用武器射击目标的同时，避免遭受敌人炮火的袭击。
就像他的飞行机器一样，达芬奇的装甲车从未被制造出来。直到400年后，在第一次世界大战期间，装甲坦克成为欧洲战场的武器装备。
达芬奇不是第一个设计可以让人类在水下呼吸的潜水服的发明者。然而，这个艺术家对于潜水服的设计，绝对是他深思熟虑的作品之一。这套潜水服几乎完全是用皮革制成的，包括上衣、裤子以及镶嵌玻璃护目镜的面具。根据他笔记上的说法，空气可以被存储在皮夹克的凸起部分，以利于水下呼吸。
画出《最后的晚餐》的那个达·芬奇，也设计出了一种武器，在某些方面类似现代的机关枪。达芬奇设计了一种33管的枪，也被称为机关枪，有33管小枪装在旋转架上。枪手可以发射第一轮子弹，然后打开机架就能立即启动第二轮子弹。士兵们便可装载第二轮子弹，发射后再启动第三轮。
达·芬奇的许多发明在此之前都有雏形，但他设计的仿真机器人是真正引领未来的。在斯福尔扎的资助下，达·芬奇发明了一种“机器人骑士”，可以挥舞胳膊、转动颈部，甚至张开或闭拢嘴巴。这个奇怪的娃娃是通过手柄操作的电缆进行外部控制，以及由一个内部齿轮传动的机器人。
