Ao contrário de muitos dos seus contemporâneos, Leonardo, embora também tivesse sido influenciado pelas obras Gregas e Romanas, rapidamente se apercebeu que não se podia limitar a elas. Como diz Dampier (1971: 103): "[não] era um seguidor cego das autoridades clássicas...". A modernidade de Leonardo reside na sua profunda proximidade à observação cuidadosa da natureza na qual procura respostas a "o que é?" e "como funciona?". Leonardo terá mesmo afirmado que  «a ciência vem da observação e não dos autores» (Coelho, 1953: 20).

 Enquanto que a anatomia antiga se apoiava na dissecação de animais,  Leonardo conhecia mais aprofundadamente a anatomia humana do que os melhores anatomistas do seu tempo. Na verdade, crê-se que terá executado, no Hospital de Santa Maria Novella, dissecações de 30 cadáveres de homens e mulheres de diferentes idades. A sua habilidade para o desenho permitiu-lhe registar as suas observações em desenhos detalhados e de elevada correcção .

Leonardo observou bebés que se encontravam ainda no útero de mulheres que morriam grávidas, sendo o primeiro a desenhar um feto na posição exacta.   No entanto, apresenta alguns, nomeadamente, ao desenhar a placenta dividida em cotilédones, estabelecendo assim uma analogia com o reino vegetal. Coelho (1953) relata que na página do manuscrito em que esse desenho se encontra existem vegetais cujo fruto se assemelha ao feto humano.

Também o coração despertou particular interesse a Leonardo que o descreve como: « instrumento maravilhoso criado por um mestre supremo » (cit. in  Coelho, 1953: 10).

Nos seus cadernos de notas, Leonardo descreve as relações do coração com os órgãos vizinhos e reconhece a existência de quatro cavidades, ao invés de apenas duas, como afirmavam os anatomistas do seu tempo. Leonardo conheceu também o saco pericárdico e endocárdio, estudou a inervação do coração, descreveu os vasos coronários e dedicou extensas observações às válvulas cardíacas. Os desenhos com que ilustrou as suas observações são de uma precisão que nunca ninguém ultrapassou.

Leonardo estudou a estrutura e modo de funcionamento do olho, mostrou como a imagem se forma na retina (Dampier, 1971) e descobriu o princípio da visão binocular (Coelho, 1953).

Mais uma vez foi inovador face à  posição sustentada pelos seus contemporâneos, que defendiam que o olho lançava raios que tocavam os objectos que se pretendiam observar (Dampier, 1971).

A musculatura humana foi também fonte de interesse para Leonardo. Ao descrevê-la e desenhá-la procurou ajustar-lhe uma função, reconhecendo, portanto, a acção mecânica dos músculos.

Leonardo dedicou 41 anos da sua vida ao estudo da anatomia (1472 a 1513) sobre a qual deixou inúmeros cadernos de notas e magníficos desenhos e esquemas (alguns dos quais se encontram na parte lateral desta página).  
Embora só a partir de 1898 a sua obra tenha começado a ser publicada, o seu trabalho foi conhecido , copiado e até mesmo roubadopelos seus contemporâneos. As suas descobertas anatómicas eram largamente conhecidas no século XVI tendo, muitas delas, constituído o ponto de partida para observações de outros anatómicos e fisiologistas. 

Anotações de Leonardo da Vinci