“列奥纳多属于人类。他敏锐的观察力并非一种超能力。相反，这是他刻意练习的结果。这一点很重要，它意味着如果我们想拥有这样的能力，也可以努力带着好奇和专注去观察事物，向列奥纳多学习，而不只是望洋兴叹。”
达芬奇的成绩站在巨人的肩膀上。
1.绘画几何
阿尔贝蒂的《论绘画》拓展了布鲁内莱斯基的透视分析，前者用几何学的方法计算出如何在二维平面上绘制远处物体的透视线。为了准确记录轮廓，他建议画家在面前悬挂由细线织成的纱幕，这样就可以把纱幕后面物体的轮廓在纱幕的小格子上标画出来。
这一新方法不仅方便了绘画，还影响了地图绘制和舞台设计。通过把数学应用于艺术，阿尔贝蒂不仅提升了画家的地位，还有力地支持了视觉艺术应该与其他人文学科拥有平等的地位，后来，列奥纳多在这一点上取得了胜利。
韦罗基奥（达芬奇的老师）和他的工匠们仔细地雕刻出成比例的彩色矩形和半圆形，它们不仅符合传统的调和比例，还符合毕达哥拉斯音阶的比例原则。列奥纳多从中学到了比例中有和谐之美，而数学是大自然的画笔。
2.遵从阿尔贝蒂的建议
艺术家在勾画时应该由内而外，首先构想出骨骼，然后是皮肤，最后是服饰。
描绘“心理活动”并不是一个新概念。阿里斯蒂德是公元前4世纪底比斯城的一位画家，老普林尼曾称赞他是“第一位表现出人物的精神、情感、性格和”的画家。阿尔贝蒂在《论绘画》中用简单明了的语言强调了这一概念的重要性：“通过身体的运动获知灵魂的活动。”
阿尔贝蒂的书深深地影响了列奥纳多，他反复在自己的笔记本里重复这一训示。“优秀的画家必须画出两个最主要的元素：人和他的心理动机。”他写道。“画前者易，画后者难，因为后者必须通过肢体的姿态和运动呈现。”在为计划中的绘画专著所做的笔记里，他用了一大段文字详述了这一概念：“动作刻画必须适合人物的精神状态。动作和姿势应该毫无歧义地表达出人物的真实内心。躯体运动应该披露心理活动。”
列奥纳多致力于描绘内心情感的外在表现，这不仅推动了他的艺术，还促使他进行了一些解剖学研究。他需要知道哪些神经来自大脑，哪些来自脊髓，它们都激活哪些肌肉，哪些面部活动彼此有联系。他在解剖大脑时，甚至试着找出感知觉、情绪和运动之间神经联系的精确位置。在他的事业接近终点时，他几乎执迷于探索大脑和神经如何将情绪转化为运动。蒙娜丽莎的微笑就来源于此。
列奥纳多强调使用阴影作为塑造物体立体感的要素，这一点打破了当时的惯例。在阿尔贝蒂之后，大部分艺术家都在强调轮廓线的重要性。“在绘画中，阴影和轮廓线，哪个更重要？”列奥纳多在为专著写的笔记中问道。他相信前者才是正确的答案。“比起只勾勒线条，让画面的阴影变得完美需要更多的观察和研究。
3.尊重科学
《博士来拜》按照数学原理精确描画的网格线与狂乱的动作和情绪互相配合，这是充满想象力的艺术与光学科学的非凡结合，它展示了列奥纳多是如何在科学框架上建构他的艺术的。
在画《博士来拜》的时候，他想表现的是耶稣显现时，从天堂照耀下来的光亮，以及反射光的每一次再反射对每一处阴影颜色和层次的影响。“如何平衡那些人物彼此之间的反光，如何在这么大的范围内控制无数的光线、阴影和情绪变化，这些一定曾让他很踌躇。”艺术史学家弗朗西丝卡·菲奥拉尼认为。“与其他艺术家不同，他不能忽略任何一个光学问题。
列奥纳多一直在用他的科学知识来完善自己的艺术，第一幅《岩间圣母》就是很明显的例子。圣母和岩石都是这幅画的主题。在一项名为“列奥纳多的地质学”的研究中，安·皮佐鲁索指出岩穴结构“在地质学上的精确程度令人震惊”。
大部分石头都是风化的砂岩，这是一种沉积岩。但是在圣母头顶的正上方和画面的右上方，突出的嶙峋岩石在阳光的照耀下，表面泛着微光。这些是辉绿岩，是火山岩浆冷却后形成的侵入岩。列奥纳多甚至精确地画出了这些火成岩上因冷却产生的垂直裂缝，还细致地绘制出圣母头顶上方砂岩和侵入岩之间的水平接缝。
不过，列奥纳多在这个场景中并非只是在忠实记录他看到的自然景象，这个岩穴显然是他想象的产物，并非他见过的实景。要想构思出如此有想象力又如此真实的情景，必须要有深厚的地质学知识。画中植物的生长位置完全符合自然规律，它们无法在坚硬的火成岩中生长，只能在风化程度足够高的砂岩区域扎根，包括岩洞的顶部和底部。
这些植物的种类也都符合植物本身的特点和季节规律：在潮湿的岩洞中，列奥纳多画的那些植物都会在一年中的同一时间出现。在重重限制下，他依然能够找到那些可以传达他要表现的象征意义和艺术美感的植物。
威廉·恩博登在他的《列奥纳多·达·芬奇论植物和园艺》一书中指出，“他在画中引入这些植物是因为它们的象征意义，可是他仍然认真地将它们绘制在合适的环境中”。例如，白玫瑰经常被用来象征的纯洁，但是它不会生长在那样的岩洞中；所以列奥纳多在抬起的胳膊下面画了报春花（欧樱草），因为它的花朵是白色的，也被视为美德的象征。
在马利亚左手上方依稀可见是一丛蓬子菜。“这种植物早就被称为圣母的垫子草，是马槽里常用的垫草。”恩博登写道。约瑟夫用它给马利亚铺床，当耶稣降生的时候，白色的叶子变成了金色。
因为对螺旋和旋涡造型的迷恋，列奥纳多有时候会为了满足他的艺术喜好，略微改变植物的造型。例如，在画面左下方是的鸢尾花（黄花鸢尾），它像剑一样的叶子没有排列成扇形，而是稍微扭曲成螺旋形，与圣约翰和圣母扭转的身体相呼应。
4.融合多人的正确看法
这个理论融合了观察、光学和数学，是一种列奥纳多式的融会贯通，让他更确信艺术家不应该在绘画中使用线条。“不要勾勒明确的轮廓，虽然轮廓以线条的形式呈现，但无论是近看还是远看，这些线条其实是无形的。”他写道，“如果数学上的点和线是无形的，那么既然物体的轮廓也是线条，那也应该是无形的，哪怕它们近在咫尺。”所以，艺术家要用光影来表现物体的形状和体积。“物体表面界线的宽度是无形的。
因此，画家不要用线条来勾画物体的轮廓。”这颠覆了瓦萨里推崇的佛罗伦萨传统的线条设计，它的基础就是在绘画中用精确的线条来勾勒形状和构图。列奥纳多坚持认为，无论是在自然界还是在艺术作品中，所有边界都应该是模糊的，这让他成为晕涂法的开创者，这种技法描绘的轮廓如烟雾笼罩一般朦胧，《蒙娜丽莎》就是一个明显的例子。
这种技法也象征了已知与未知之间的模糊边界，这是列奥纳多一生的核心主题之一。他融合了现实与幻想、体验与奥秘、物体和周遭环境之间的边界，正如他让艺术与科学不再泾渭分明一样。