Im Jahre 1965 besuchte Dr. Julius Piccus, Professor für Romanistik in Boston, die spanische Nationalbibliothek in Madrid, um nach mittelalterlichen spanischen Balladen und Troubadourliedern zu suchen. Er erspähte in den Karteikästen zwei Karten mit sogenannten Leernummern, auf denen noch nicht Inhalt und Autor, sondern nur die Nummer des Werkes verzeichnet war, ließ sich die Bücher bringen und bekam statt der erwarteten Verse zwei Manuskripte von Leonardo da Vinci ausgehändigt, die seit 1830 verschollen galten. Diese beiden Bände wurden als Codex Madrid I und II bekannt.

Die Blätter 1-140 im Format 21,2 x 14,8 cm befassen sich mit Malerei, Landkarten der Toskana, Notizen zur Mathematik, Geometrie, Hydromechanik, Hydrodynamik (Wasserdruck, Druckverteilungen), potentieller und kinetischer Energie, Entwürfe für Waffen und ballistische Berechnungen.
Der zweite Teil (Blätter 141-157) ist ein unregelmäßiges Heft und enthält vor allem Aufzeichnungen über militärische Architektur und Studien zur Umleitung des Arno, um für Florenz eine schiffbare Verbindung zum Meer zu schaffen.

Weiters konzipierte Leonardo darin eine Brücke über den Bosporus ("800 Meter über das Meer, 1400 über Land, wo sie sich stützt"), eine Art zweistufiger Rakete, die "mehr als drei Meilen weit mit einer Feuerspur von mehr als einer Meile" fliegen sollte und ein Kreiselsystem, das um 1920 fast genauso von einer amerikanischen Firma als Flugzeug-Blindfluganlage entwickelt wurde. Es finden sich Studien zur Mechanik in Traktatform, über Gleitflugkörper, Aufzüge, und eine Erläterung des beweglichen Theaters von Curio.