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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。
1510─1511年，则与托尔医生共同工作。30年内，达文西共解剖了30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超过200篇画作。然而，他的书直到1680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