Renessansen var tiden da folk ville vite ting med sikkerhet, de stolte ikke lenger på kirkens forklaringer. Dette gjaldt i høyeste grad også Leonardo. Når han ville vite mer om en ting nøyde han seg ikke med å spørre en kjenner av emnet eller lese om det i en bok. Nei han skulle vite ting helt sikkert og da trengte han førstehåndserfaring. Han måtte gjøre studier og forsøk på egenhånd, og siden Leonardo hadde et stort vitebegjær ble det mye forskning på ham opp gjennom livet. Før han skrev noe ned på papiret eller kom med et utsagn undersøkte han alltid alle sider av saken først nøye. I og med at Leonardo gjorde de fleste av sine forsøk på egenhånd, var han aldri noe særlig i kontakt med de faglærte og lærde. Han var til og med i konfrontasjon med flere av dem. Som vi skal se her, var det ikke bare innenfor de rent tekniske områdene Leonardo hadde sin styrke, også innenfor forskningen var han en foregangsmann.
Leonardo ofret studiene av fallbevegelsen mye tid. Han lot gjenstander av forskjellig tyngde og lik størrelse falle samtidig ned fra et tårn, mens han iakttok forskjellene i deres fallbevegelser. Han erkjente under disse forsøkene begrepet akselerasjon, men uten å komme noe videre inn på den matematiske siden av det. Også begreper som arbeid/kraft, kraft/energi, friksjon og dreiemoment fikk han klarlagt gjennom flere forsøk og beregninger. Mens han jobbet med friksjon var han inne på både den glidende og den rullende. Disse arbeidene førte etter hvert til hans utvikling av kulelageret. Han fant ut at trekkraften på en vogn var avhengig av hjulstørrelsen og friksjonen og at innenfor hydraulikken var det vannmengde og fall som ga produktet ytelse.
En av de i realiteten banebrytende uttalelsene Leonardo kom med, var påstanden om at både lys og lyd beveget seg i bølger lik vannet. Han kom aldri med noen utfyllende forklaring på hvordan han kunne bevise dette eller hvordan han hadde funnet det ut. Men faktumet er at det tok moderne forskere mange århundrer før de oppdaget og fikk bevist sannheten i dette utsagnet.