木牛流马的原理是流马是一个向上开口的，左右侧壁近上缘的垂直中心线上各有一个孔的木箱。木牛的三尺长的轴就穿过流马的这两个孔，流马可以在该轴上前后幌动。为了不使箱中粟、米之类的载荷左右移动，有一块纵向隔板把箱一隔为二，而且粮食是先装入布袋再装入箱中的。
当木牛叉开前后腿时随时可以停在坡地上。叉开度由在该四尺长的车辕上的限位钉限制。把车辕的把手一面拉前一面下压，品字顶孔就移向品字左孔之上，即重心移到前腿上，此时品字右孔被撬高，即后腿不受力并被凌空提起，在重力作用下或流马上的梢钉推动下向前腿靠拢。
当重心移出品字左孔时，木牛已向前移动了半步，再向前就要颠覆了，此时可把手把迅速向上拉起并向前拉，使品字顶孔向后移至品字右孔之上使重心落在后腿上，前拉的结果是使后腿叉开，同时前腿被流马上的销钉推向前。木牛就这样走完余下的半步。
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元末明初小说家罗贯中创作的《三国演义》第一百零二回中，有诸葛亮制造木牛流马的描述：忽一日，长史杨仪入告曰：“即今粮米皆在剑阁，人夫牛马，搬运不便，如之奈何？”孔明笑曰：“吾已运谋多时也。前者所积木料，并西川收买下的大木，教人制造木牛流马，搬运粮米，甚是便利。
牛马皆不水食，可以昼夜转运不绝也。”众皆惊曰：“自古及今，未闻有木牛流马之事。不知丞相有何妙法，造此奇物？”孔明曰：“吾已令人依法制造，尚未完备。吾今先将造木牛流马之法，尺寸方圆，长短阔狭，开写明白，汝等视之。”众大喜。
紧接着介绍了制造木牛之法。众将看了一遍，皆拜伏曰：“丞相真神人也！”司马懿听说后，派人去抢了数匹木牛、流马，并将这些木制的牛马拆卸开来，描图画形加以仿造，不到半月，竟也造出了千余匹，一经使用，也与蜀军所造效果一样，奔走进退如活的一般。
从木牛的结构上看，它采用了助力机构，里面可能加有飞轮机构。从他的运行来讲，里面采用的有齿轮机构，曲柄连杆机构。
人推动木牛时，里面的曲柄连杆机构通过齿轮带动飞轮，飞轮运行起来后，又因为飞轮的惯性，给木牛以助力，这样，就达到了省力的目的。
流马的结构，其实是一辆板车，只不过改变了它的重心和轴承部分，使它比以前的板车用起来省力一些。
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为解决粮草运输的问题，诸葛亮发明了一种新的运输工具——木牛流马，这种工具节省人力，在当时是一种比较先进的工具。《三国志》的作者详尽地描述了木牛的形象，并且对流马的尺寸作了记载，但没有任何实物与图形存留后世。
据说，过了200多年，南北朝时的科技天才祖冲之再造了木牛流马，但他也没有留下详细的资料。从此以后，木牛流马之谜吸引着世世代代的探谜人。有一些人依据古书的记载，想制造出木牛流马来。
2006年，黑龙江人金峰依据古书记载，历时3年，复原出“木牛流马”样式，一个8岁小孩就可以用“木牛流马”轻松推着父母来回走动。
2010年，四川人何多现花了5个多月时间造出了“木牛流马”。他的“木牛流马”长2.08米，高1.4米，重115千克，腹中可载200多千克大米，后肢可以前后屈膝，以手推或牵为动力，可以行走在乡间小路，还可爬坡上行。
本回答被网友采纳广元市区内有150km的古栈道，是三国蜀相诸葛亮出师伐的必经主道。诸葛亮为解决在这“天梯石栈”道上人背畜驮的运输困难，研究制造了“木牛流马”以代运饷。[清代]《昭化县志》载：“木马山俗名大高山，在崐昭化八十里……孔明造木牛流马处”。这说明今广元市中区三堆境内大高山，是诸葛亮北伐制造木牛流马的场地之一。《三国志》亦有：“九年（231），亮复出伊山，以木牛运……。十二年（234），亮悉大众由斜谷出，以流马运……。”说明木牛流马，确实是诸葛高伐魏时，为适应栈道所制造和使用的运输工具。这在当时是非常先进的创造。因而广元人民传颂至今，也是理所当然。
究竟木牛流马是什么样的运输工具？它和现在所使用的鸡公车有什么关系？这是乡人时有议论的话题，也是我国机械工程发明史上至今仍是一个有益的问题。
《宋史》杨允恭传：“允恭因建议曰……莫若用诸葛木牛之制，以小车发卒，分铺运之，每一车四人挽之，旁设兵卫，另戈地其上，寇至，则聚四于中，合士卒之力御寇于外。”宋《事务纪原》小车一节说：“蜀相诸葛亮之出征，始造木牛流马以运饷，盖巴蜀道阻，便于登陟故耳。木牛即今小车之有前辕者，流马即今独推者是”。宋《陈后山集》载：“蜀中有小车，独推，载八石，前如牛头。又有大车，用四人推，载十石，盖木牛流马出”。稗清《河工器具图说》土车一则：“土四，独轮，料、土兼载。《稗编》蜀相诸葛亮出征，始造木牛流马以运饷。木牛，即今车之有前辕者，流马，即今独推者是”。根据上述史学、学者的著作，可以断定：所谓木牛流马，就是今日的双轮架车和独轮小车，广元人民乃至四川农村都将独轮小车叫鸡公车。这种独轮小车，经过一千七百多年一直在广元山区沿用下来。据1959年广元县农具改革办公室统计，全县的鸡公车近两千部。车的构造和使用方法，同崐1958年文物出版社影印出版的[宋代]张择端所画《清明上河图》上的独轮小车相似，都是一人在后面推，或加一人在前面拉，也有在前面用一头驴拉的。但现今鸡公车在结构上已改进成双轮，或三轮、四轮的，轮子有铁木结构的胶轮，或钢料结构的胶轮，由人力、畜力发展成机械动力推拉。要说由生活起着重要作用，是现代科学成果，还必须说，古代比人力背挑大过好几倍，而且灵便得多的木牛流马，更是一种了不起的发明创造。
那么，木牛马究竟是否诸葛亮发明？《快史拾遗》蒲元传有：“蒲元造木牛流马，今人皆谓武侯所创。按蒲元别传，元牒杜佑《通典》说：“亮集督军廖立、杜睿、胡忠等，推意作木牛流马。据此，则蒲元诸人实创之，非亮自创也”。广元大高是其制造点之一，山脚下便是著名鲁班峡栈道（遗迹尚存）。这可以作木牛流马的试用场地。