Nel suo primo periodo fiorentino, prima del 1481, Leonardo elaborò moltissimi studi e progetti tecnologici in fogli che sono raccolti prevalentemente nel Codice Atlantico, oltre che nel Codice Arundel e nella raccolta del Gabinetto Disegni e Stampe degli Uffizi.
Dimostrano una notevole evoluzione grafica e metodologica rispetto agli ingegneri del Rinascimento che lo hanno preceduto in Firenze e a Siena, da Brunelleschi a Francesco di Giorgio Martini, oltre che al Taccola. Evidenti sono, inoltre, i riferimenti alla trattatistica scientifica greco-romana (da Erone Alessandrino ad Archimede). Si pensi alla maniera di dimostrare il montaggio e lo smontaggio dei diversi elementi che compongono una macchina, per esempio un argano, in una sorta di alfabeto o anatomia macchinale.
In fogli databili intorno al 1478-1480 troviamo progetti tecnologici che riguardano modi per camminare sull'acqua e respirare sott'acqua, igrometri e straordinari ingegni idraulici, carri semoventi e altre forme di automazione, studi per il volo umano e per la macchina tipografica, il grande strettoio da olio e il girarrosto ad aria calda, forni per la fusione dei metalli e la distillazione, specchi ustori, travi componibili e macchine da cantiere. Notevoli sono le applicazioni artistiche, dal prospettografo al pantografo e al proiettore per "figure grandi".
Per tutto ciò Leonardo è stato definito anche come l'artista delle macchine (Paolo Galluzzi) ovvero l'artista dei marchingegni.
Quando, presumibilmente nel 1482, al momento di lasciare Firenze, Leonardo fece compilare a un amico scriba la lettera di presentazione a Ludovico il Moro, affermava e - almeno teoricamente dimostrava - una formidabile conoscenza tecnica: dalle arti militari all'architettura. La possiamo leggere nel Codice Atlantico:
«Havendo, Signor mio Illustrissimo, visto et considerato oramai ad sufficientia le prove di tutti quelli che si reputono maestri et compositori de instrumenti bellici, et che le invenzione et operatione di dicti instrumenti non sono niente alieni del comune uso, mi exforzerò non derogando a nessuno altro, farmi intender da Vostra Excellentia, aprendo a quella li secreti miei, et appresso offerendoli ad omni suo piacimento in tempi opportuni operare con effecto circa tutte quelle cose che sub brevità in parte saranno qui di sotto notate (et anchora in molte più secondo le occurrentie de' diversi casi etcetera).
1. Ho modi de ponti leggerissimi et forti et acti a portare facilissimamente et cum quelli seguire et alcuna volta fuggire li inimici, et altri securi et inoffensibili da foco et battaglia, facili et commodi da levare et ponere; et modi de ardere et disfare quelli dell'inimico.
2. So in la obsidione de una terra toglier via l'aqua de' fossi et fare infiniti ponti, ghatti et scale et altri instrumenti pertinenti ad dicta espeditione.
3. Item se per altezza de argine o per fortezza de loco et di sito, non si potesse in la obsidione de una terra usare l'officio de la bombarde, ho modi di ruinare omni rocca o altra fortezza, se già non fusse fondata in su el saxo, etecetera.
4. Ho anchora modi de bombarde commodissime et facili ad portare et cum quelle buttare minuti di tempesta, et cum el fumo di quella dando grande spavento a l'inimico cum grave suo danno et confusione, etecetera.
5. Item ho modi per cave e vie secrete et distorte, facte senza alcuno strepito per venire ad uno certo ed disegnato lo[co], anchora che bisogniasse sotto fossi o alcuno fiume.
6. Item farò carri coperti securi et inoffensibili, e quali intrando intra li inimica cum sue artiglierie, non è sì grande multitudine di gente d'arme che non rompessino, et dietro a questi poteranno sequire fanterie assai, inlesi et senza alchuno impedimento.
7. Item occurrendo di bisogno farò bombarde, mortari et passavolanti di bellissime et utile forme, fori del comune uso.
8. Dove mancassi la operatione de le bombarde, componerò briccole, manghani, trabuchi et altri instrumenti di mirabile efficacia et fora de l'usato, et insomma secondo la varietà de' casi componerò varie et infinite cose da offender et difender.
9. Et quando accadesse essere in mare, ho modi de molti instrumenti actissimi da offender et defender, et navili che faranno resistentia al trarre de omni grossissima bombarda, et polvere et fumi.
10. In tempo di pace credo satisfare benissimo ad paragon di omni altro in architectura, in compositione di aedificii et publici et privati, et in conducer aqua da uno loco ad uno altro.
Item conducerò in sculptura di marmore, di bronzo et di terra; similiter in pictura ciò che si possa fare ad paragone de omni altro et sia chi vole.
Anchora si poterà dare opera al cavallo di bronzo che sarà gloria immortale et aeterno honore de la felice memoria del Signor Vostro et de la inclyta casa Sforzesca.
Et se alchuna de le sopradicte cose a alchuno paressino impossibile et infactibile me òffero paratissimo ad farne experimento in el parco vostro o in qual loco piacerà a Vostra Excellentia, ed la quale humilmente quanto più posso me recomando, etcetera.»
L'interesse per gli studi tecnologici, la scienza, la matematica, l'alfabeto delle acque e l'anatomia del corpo umano furono al centro degli studi di Leonardo anche nel secondo periodo fiorentino. Non tutto il lavoro compiuto in questi anni ci è giunto; nei suoi scritti, infatti, Leonardo menziona spesso trattati rimasti incompiuti o che risultano dispersi.
Il 3 aprile 1501 fra' Pietro da Novellara scrive a Isabella d'Este, dicendo che Leonardo «dà opra forte ad la geometria, impacientissimo al pennello».
Di tutte le macchine disegnate nei fogli del periodo fiorentino, poche sono riconducibili a luoghi precisi. A Firenze erano sicuramente legati i modelli sui renai d'Arno ricordati nel Codice Leicester, forse un modello anatomico e naturalmente il ponte mobile per la realizzazione dell'affresco della Battaglia di Anghiari in Palazzo Vecchio. Realizzato in Francia ma inviato a Bernardo Rucellai, patrizio fiorentino, era invece il contatore d'acqua.
