Nel codice Leonardo si occupa quasi unicamente di un argomento: lo studio delle acque. Nei suoi studi questo tema ricorreva continuamente e più volte, nel corso della sua vita, si propose il compito di riunire in un trattato organico tutti i casi e le conoscenze accumulate sul comportamento dell'acqua. Nelle numerose tavole del codice, accompagnate dai testi e da note, i disegni illustrano correnti, vortici, onde, canali, argini, chiuse, dighe, bacini, bonifiche, macchine per lo sfruttamento dell'energia idrica, studi per l'utilizzo dell'acqua a scopi militari.
In una nota marginale della Carta 9A f.9r raccolse i punti salienti di un ideale trattato sull'evoluzione delle acque:"Farai prima un libro che tratti de' lochi occupati dalle acque dolci; el 2' dall'acque salse; el 3' come per la partita di quelle queste nostre parte son fatte più lievi e per conseguenza più remote dal centro del mondo ".Non scrisse mai questo trattato, ma dell' acqua analizzò ogni aspetto, da quello più strettamente fisico a quello più legato alle applicazioni pratiche (canali di irrigazione, vie di trasporto, fonti di energia ecc.). Sua era la tesi che: "La gravità della terra e dell'acqua, insieme giunte e miste, abbino comunemente il suo centro concentrico col centro del mondo, el quale centro ancor sia centro della superfizie sperica dell'acqua, e non del suo peso, come di sopra dissi [...] il centro della gravità dell' acqua e della terra essere concentrici col centro del mondo, quando la terra fussi perfettamente sferica". Per Leonardo, i mutamenti sulla superficie della terra erano causati dal movimento delle acque, per erosione; i fiumi erano formati da corsi d'acqua che scaturivano dalle profondità degli abissi marini e non, come si pensava, dalle piogge o dallo scioglimento delle nevi. In altre pagine si esaminano il flusso e il riflusso dell' acqua nei fiumi e nei mari, il moto delle onde, le maree e così via. Ma sono poi le applicazioni pratiche di idraulica che vengono descritte più diffusamente nelle pagine del famosissimo codice. Negli anni della conpilazine, in quello che gli studiosi di Leonardo definiscono "il secondo periodo milanese", egli riprese ad interessarsi dei proggetti che aveva in precedenza curato quando, sotto gli Sforza, svolgeva il compito di ingegnere responsabile del funzionamento delle vie d'acqua. Tra questi, uno dei progetti più ambiziosi riguardava il miglioramento del canale, che attraverso l'Adda allacciava Milano al lago di Como.
Nel corso della vita Leonardo mostrò molto interesse per il fiume Arno. L'artista conosceva molto bene tutta la zona nei dintorni del fiume e passava intere giornate ad osservarne il corso esaminando la possibilità di renderlo navigabile. Tra le varie ipotesi che passavano nella sua mente vi era quella di costruire un grande canale che collegasse Firenze al mare, per mezzo di una galleria che permettesse di superare il passo di Serravalle per poi sfociare nel Tirreno.