Le riflessioni di Leonardo sulla prospettiva rappresentano uno dei momenti più affascinanti della storia della rappresentazione. Quasi ogni aspetto del complesso mondo della visione è indagato dall'artista, sia sotto il profilo estetico sia sotto quello scientifico. Come Piero, Leonardo studia i problemi delle proporzioni in prospettiva e delle aberrazioni marginali, ma poi si spinge ad analizzare l'anatomia dell'occhio, paragonando il fenomeno della visione a quello della camera oscura; considera gli effetti della prospettiva curvilinea, tentando di conciliare l'artificiosa intersezione piana del cono ottico con la sfericità dell'occhio e del campo visivo. Si addentra nelle questioni strettamente geometriche, come le sezioni coniche e i rapporti tra pesi e misure, e in quelle specificamente pittoriche, come la prospettiva aerea, dove la diminuzione delle linee lascia il posto a quella non geometrica del colore e delle sfumature. Offre importanti anticipazioni sulla prospettiva scenica e sull'anamorfosi, tecniche destinate ad avere uno straordinario sviluppo nel corso dei due secoli successivi. Infine, studia tutta una serie di strumenti per il disegno geometrico e la rappresentazione meccanica della natura, un tema che diventerà centrale nella pratica artistica e cartografica del Cinquecento, favorendo lo sviluppo delle tecniche topografiche e più in generale dei metodi di rappresentazione del cielo e della Terra.