Dalsze projekty Leonarda wiążą się ze studiami lotu ptaków, prowadzącymi od ok. 1490 roku. Leonardo zastanawiał się, czy człowiek za pomocą swoich mięśni i techniki zdoła unieść się w powietrze. Podczas studiów odrzucił pogląd Arystotelesa, że powietrze podtrzymuje ptaki tak, jak woda podtrzymuje statki. Według Leonardo ptak waży więcej od powietrza, ale uderzenie skrzydłami sprawia, że ciśnienie powietrza pod skrzydłem rośnie i jest wyższe od ciśnienia rzadszego powietrza znajdującego się nad skrzydłem, przez co ciało ptaka działa na powietrze z taką samą siłą, z jaką powietrze oddziałuje na ciało. W 1482 roku Leonardo przedstawił skrzydła, wzorowane na anatomii nietoperzy. Skrzydła miały poruszać się za pomocą specjalnej korby. W kolejnych latach Leonardo zaprojektował inny mechanizm skrzydeł (tzw. mechaniczną ważkę) oraz turbinę wiatrową, stanowiącej prototyp śmigłowca.
Leonardo chciał przetestować maszynę latającą nad wodą lub na dachu zamku w Mediolanie. Aby zabezpieczyć operatora maszyny, Leonardo zaprojektował również kamizelkę ratunkową. Według jednej z legend Leonardo przeprowadził test 3 stycznia 1496 roku.