据《三国志·诸葛亮传》记载：“亮性长于巧思，损益连弩，木牛流马，皆出其意。”《三国志·后主传》记载：建兴九年，亮复出祁山，以木牛运，粮尽退军；十二年春，亮由斜谷出，以流马运，据武五丈原，与司马懿对于渭南。上述记载明确指出，木牛流马确实是诸葛亮的发明，而且木牛流马分别是两种不同的运输工具，从木牛流马使用的时间顺序来看，先有木牛，后有流马，流马是木牛的改进版。
给《三国志》作注的南北朝时期的裴松之，在注中引用了现在已经失传的《诸葛亮集》中有关木牛流马的一段记载，对木牛的形象做了描绘，对流马的部分尺寸做了记载：“木牛者，方腹曲头，一脚四足，头入颈中，舌著于腹。载多而行少，宜可大用，不可小使；特行者数十里，群行者二十里也。
曲者为牛头，双者为牛脚，横者为牛颈，转者为牛足，覆者为牛背，方者为牛腹，垂者为牛舌，曲者为牛肋，刻者为牛齿，立者为牛角，细者为牛鞅，摄者为牛鞭轴。牛仰双辕，人行六尺，牛行四步。载一岁粮，日行二十里，而人不大劳。”这段记载，尽管对木牛形象做了描绘，并且下文还对流马的部分尺寸做了记载，但是因为没有任何实物与图形存留后世，使得后人对木牛流马的认识始终是凤毛麟角、云山雾罩。
诸葛亮造出木牛流马200年后，据说南北朝时期的科技天才祖冲之造出了木牛流马。《南齐书·祖冲之传》说：“以诸葛亮有木牛流马，乃造一器，不因风水，施机自运，不劳人力。”令人难以理解的是，他同样也没有留下任何详细的资料。
作为正史的《三国志》和《南齐书》都记载存在木牛流马，我们不禁想问木牛流马究竟是什么样的机械？
有人认为木牛、流马都是经诸葛亮改进的独轮车。《宋史》和明代王圻所著的《稗史类编》等史籍，认为木制独轮小车在汉代称为鹿车，诸葛亮加以改进后称为“木牛流马”，北宋才出现独轮车的称呼。北宋前期官修“四大书”之一的《太平御览》卷七七五所引的东汉学者应劭的《风俗通》，是最早记载“鹿车”的典籍。
其曰：“鹿车，窄小载容一鹿也。”陆游的诗《送子坦赴盐官县市征》中也提到了“鹿车”：“游山尚有平生意，试为闲寻一鹿车。”这种说法认为，诸葛亮的“木牛流马”是在鹿车的基础上改进的，和后来的独轮车没有太大的差别。
从考古发现来看，在四川的渠县出土有蒲家湾东汉无名阙背面的独轮小车浮雕，还有燕家村东汉沈府君阙背面的独轮小车，大致再现了“木牛流马”的模样。这两种独轮车都很独特，其车形似牛似马，具有独特的运输能。木牛有前辕，行进时人或畜在前面拉，人在后面推。而流马没有前辕，行进时不用拉，仅靠人推。三国时蜀汉偏处西南一隅，马匹有限，并且多被用于骑兵作战。运粮运草主要靠人力，这样，木牛流马便应运而生，发挥了很大的作用。
宋代典籍《事物纪原》卷八也认为：“木牛即今小车之有前辕者；流马即今独推者是，而民间谓之江州车子。”《事物纪原》是宋代高承编撰的一部书，专记事物原始之属。凡10卷，共记1765事。此书“自博弈嬉戏之微，鱼虫飞走之类，无不考其所自来”，作者的考证夫很深，所持之说有极大的参考价值。
但是，也有人认为独轮车的机械原理十分简单，无须大书特书，诸葛亮的本领也不至于如此平庸。
还有人认为，木牛、流马是新款的自动机械。《南齐书》、《太平御览》，还有现在的《辞源》认为，三国之时，运用齿轮原理制作机械，已屡见不鲜，包括东汉毕岚所做的翻车，三国韩暨所做的水排，魏国马钧所做的指南车。
《南史》说：祖冲之“以诸葛亮有木牛流马，乃造一器，不因风水，施机自运，不劳人力”。意思指祖冲之在木牛流马的基础上，造出更胜一筹的自动机械。以此推论，三国时期利用齿轮制作机械已属常见，后世所推崇的木牛流马，很有可能是令祖冲之感兴趣的、运用齿轮原理制作的自动机械，否则祖冲之不会有兴趣拿它来做参考和对比。
从科学角度来看，“木牛流马”如果真的像书中所描述的那样可以不吃不喝还能走，这显然是不符合现代科学上的能量守恒定律的。因为如果“木牛流马”要行走，必定会消耗能量，当时并没什么石油、天然气之类的能源物质，它又不吃不喝，它从哪里得到能量？
这是值得考虑的问题。如果要造出像小说里描述的那种木牛流马来，就必须抛弃现代的“能量守恒”定律，必定是一个令世界瞩目的事迹。历史上有无数个谜团需要我们去解决，这可能只是一个虚构的物品，但是在谜团未揭开之前，谁也不能否认它的存在。
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