諸葛亮設計木牛流馬的原理，就是用簡單力學對當時獨輪車進行改進而已
木牛流馬是由諸葛亮設計和構思，蒲元等參與研製，屬於三國演義中令人嚮往的神奇物件。民間傳說中是諸葛亮從妻子處獲取了木牛流馬的設計，此說對後世影響很大，諸多的後人均以不同的形式試圖複製木牛流馬的構成，但均不成功。研究和複製木牛流馬必須按照諸葛亮的《作木牛流馬法》作為依據，因此對其原理的分析至關重要。
1.利用車輪滾動型的基本原理，是木牛流馬運載物資的最佳形式
關於木牛流馬的原理，歷史十分悠久，宋代高承《事物紀原》中提出了獨輪車的說法，延宕至今，關於獨輪車的原理可能是最接近木牛流馬運載物資的形式。並由此發展為木牛為獨輪車，流馬為四輪車的說法。
從原理上分析，這種車輪滾動型的木牛流馬結構是最適宜古代運載物資的。在古人的長期實踐中可以得知，運用重物時用牛馬駝或者人背肩挑都是最吃力的，只有運用滾動運輸減少摩擦力才是最為有效省力的方式。因此車輪滾動型完全解決了木牛流馬的負重和速度問題，故而，這種木質的、圓形車輪的、與人力共同參與的木牛流馬是最接近的形式。
2.槓桿驅動型的原理雖然結構上能夠實現，但實際上的可用性與真實相距甚遠
考慮到當時的科技水平，按照木牛流馬的設計，複製符合當時條件的木牛流馬，主要運用槓桿驅動原理。比如當時的指南車、水轉百戲、翻車、改造後的提花機等等，都可以看出，在當時的機械水平下，人們已經能夠熟練地運用槓桿原理解決直線運動和旋轉運動之間的轉換技術。同時，齒輪、滑輪、繩索的使用也支持這類技術的實用。
但是需要指出的是，槓桿驅動型原理的適用，並不代表這種類型的木牛流馬製作具有正確性，因為槓桿驅動儘管有效，但是其製作是非常費時費力的，同時，由於結構的精細性，一旦出現損壞，短時間內很難修復。結合諸葛亮北伐的緊迫情況，不可能對此槓桿驅動型的木牛流馬進行大規模製造。木牛流馬可能是諸葛亮對當時的某種運輸車輛進行改進，從而節省了人力和畜力，適合當時的北伐線路而已。
3.木牛流馬原理中，最不靠譜的當屬四足邁步型機械步行器
在關於木牛流馬原理考證和事物複製的研究中，有一種類型是基於機械結構的複製品，這種類型顯然不符合當時的科技水平，因此此類型的木牛流馬雖然在外觀形式上符合有關傳說，但實際上很難實現。
由於這種機械步行器行走緩慢，且很難負重前行，不可能適用於當時的物資運輸，更不可能接近當時諸葛亮的設計。因此機械步行器式的原理雖然能夠實現民間傳說中的外觀條件，但是屬於最不靠譜的設計。
概而言之，有關木牛流馬的原理，可以有以下判斷：
其一，車輪滾動型原理是古代運載物資的最佳形式，木牛流馬無論是獨輪車還是四輪車，均基於車輪滾動解決負重和速度問題；
其二，槓桿驅動型原理雖然構造合理但相距真實甚遠，木牛流馬儘管用槓桿驅動原理能夠實現，但是驅動費力，構造費時；
其三，四足邁步型原理的機械架構屬於不靠譜的步行器，木牛流馬顯然不是機械結構，且無法負重，速度緩慢，機械原理不適用。