史書中盡管對木牛形象作了描繪，并且下文還對流馬的部分尺寸作了記載，但是因為沒有任何實物與圖形存留后世，多年來，圍繞著木牛、流馬，人們作過許多猜測。
《三國演義》第一百零二回中，有諸葛亮制造木牛流馬的描述：忽一日，長史楊儀入告曰：“即今糧米皆在劍閣，人夫牛馬，搬運不便，如之奈何？”孔明笑曰：“吾已運謀多時也。前者所積木料，并西川收買下的大木，教人制造木牛流馬，搬運糧米，甚是便利。牛馬皆不水食，可以晝夜轉運不絕也?！北娊泽@曰：“自古及今，未聞有木牛流馬之事。不知丞相有何妙法，造此奇物？”孔明曰：“吾已令人依法制造，尚未完備。吾今先將造木牛流馬之法，尺寸方圓，長短闊狹，開寫明白，汝等視之?！北姶笙病?br>
緊接著介紹了制造木牛之法：方腹曲頭，一腳四足；頭入領中，舌著于腹?！颗］d十人所食一月之糧，人不大勞，牛不飲食。造流馬之法：肋長三尺五寸，廣三寸，厚二寸二分……眾將看了一遍，皆拜伏曰：“丞相真神人也！”
司馬懿聽說后，派人去搶了數匹木牛、流馬，并將這些木制的牛馬拆卸開來，描圖畫形加以仿造，不到半月，竟也造出了千余匹，一經使用，也與蜀軍所造效果一樣，奔走進退如活的一般。于是，魏軍也用它們去陜西搬運糧草，自以為得計，“往來不絕”。豈不知，這恰恰中了諸葛亮之計。原來，表面上看，魏軍造的木牛流馬與蜀軍所造幾無二致，但在這些牛馬的口舌之內卻有訣竅機關。當諸葛亮發現魏軍開始用他們仿造的木牛流馬搬運糧草時，不由得心中一陣暗喜，便派大將王平帶領名士兵以魏軍打扮混入運輸隊，暗中將木牛、流馬口中舌頭扭轉，使牛馬便不能行動。正當魏兵懷疑為怪物時，諸葛亮又派五百名士兵裝扮成神兵，鬼頭獸身，用五彩涂面，一邊燃放煙火，一邊驅牛馬而行。魏兵目瞪口呆，以為諸葛亮有神鬼相助，也不敢追趕，諸葛亮就這樣輕而易舉地獲得許多糧草。這么神奇的運輸工具，能夠“人不大勞，牛不飲食”，在當時可算是巧思絕作了，因而有詩贊曰：“劍關險峻驅流馬，斜谷崎嶇駕木牛。后世若能行此法，輸將安得使人愁？”然而根據現在的質量守恒定律，木牛流馬類似于永動機，這是不符合歷史規律的，所以不少人認為，所謂木牛、流馬純系小說家的杜撰。
然而根據史書記載，諸葛亮確實制造過木牛、流馬。《三國志？諸葛亮傳》記載：“（建興）九年（），亮復出祁山，以木牛運，糧盡退軍……十二年春，亮悉大眾由斜谷出，以流馬運，據武功五丈原，與司馬宣王對于渭南。”盡管上述記載沒有《三國演義》描繪得那么神奇，但也可以從中看出諸葛亮以木牛、流馬運糧的歷史事實。那么，木牛、流馬究竟什么樣的機械呢？《諸葛亮集》中的一段文字，應該是可靠的資料：“木牛者，方腹曲頭，一腳四足，頭人領中，舌著于腹。載多而行少，宜可大用，不可小使；特行者數十里，群行者二十里也。曲者為牛頭，雙者為牛腳，橫者為牛領，轉者為豐足，覆者為牛背，方者為牛腹，垂者為牛舌，曲者為牛助，刻者為牛齒，立者為牛角，細者為牛鞅，攝者為牛鞭軸。牛仰雙轅，人行六尺，牛行四步。載一歲糧，日行二十里，而人不大勞。”這段記載，盡管對木牛形象作了描繪，并且下文還對流馬的部分尺寸作了記載，但是因為沒有任何實物與圖形存留后世，多年來，圍繞著木牛、流馬，人們作過許多猜測。
一種意見認為，木牛、流馬都是經諸葛亮改進的普通獨輪推車。這種說法，源自《宋史》、《后山叢談》、《稗史類編》等史籍，認為木制獨輪小車在漢代稱為鹿車，諸葛亮加以改進后稱為木牛、流馬，北宋才出現獨輪車的稱呼。這兩種獨輪車都很獨特，其車形似牛似馬，具有獨特的運輸功能。木牛有前轅，引進時人或畜在前面拉，人在后面推。而流馬和木牛大致相似，只是沒有前轅，行進時不用拉，僅靠人推。值得一提的是，三國時蜀漢偏處西南一隅，馬匹有限，并且多被用于騎兵作戰。運糧運草主要靠人力，這樣，木牛流馬便應運而生，發揮了很大的作用。這種說法還以四川渠縣蒲家灣東漢無名闕背面的獨輪小車浮雕等實物史料為佐證，認為這些東漢的獨輪車，都再現了木牛、流馬的模樣。但是，有人對此頗有微辭，認為四輪車與獨輪車的機械原理十分簡單，無須大書特書，諸葛亮的本領也不至于如此平庸。
還一種意見認為，木牛、流馬是新款的自動機械?！赌淆R書？祖沖之傳》說：“以諸葛亮有木牛流馬，乃造一器，不因風水，施機自運，不勞人力。”意思指祖沖之在木牛流馬的基礎上，造出更勝一籌的自動機械。以此推論，三國時期利用齒輪制作機械已屬常見，后世所推崇的木牛流馬，不可能是漢代已有的獨輪車，很有可能是令祖沖之感興趣的、運用齒輪原理制作的自動機械。然而遺憾的是并無實物留于后世。
第三種意見認為，木牛、流馬是四輪車和獨輪車，但是何者為四輪，何者為獨輪卻觀點截然相反。宋代高承《事物紀原》卷八認為：“木牛即今小車之有前轅者；流馬即今獨推者是，而民間謂之江州車子。”而范文瀾則認為，木牛是一種人力獨輪車，有一腳四足。所謂一腳就是一個車輪，所謂四足，就是車旁前后裝四條木柱；流馬是改良的木牛，前后四腳，即人力四輪車。雖然它們的尺寸與古代的木牛流馬不相同，但工作原理差不多：木牛的載重量比較大，行進緩慢，比較適宜在乎緩的道路上運行；流馬則是專門用于山區運輸的工具。并推測，當年諸葛亮北伐曹魏，所需糧草需要從遙遠的川西平原運到秦隴地區，沿途既有平原也有山地。尤其是出川的“蜀道”，艱險崎嶇，沿江的許多棧道是在峭壁上開鑿的，又窄又險，有的只有一米多寬，也只能容納‘流馬”這種獨輪車通過。這兩種完全相左的論斷，我們也沒法評判哪一種正確。
還有一種爭論更有意思，即木牛和流馬究竟是一物還是兩物。全國知名的研究三國史專家譚良嘯認為，木牛和流馬為一物，是一種新的人力木制四輪車；新疆大學機械工程學院高級工程師王湔也認為，二者同屬一物，并制造出一種具有牛的外形、馬的步態的模型。王開則認為，木牛與流馬是兩種東西，前者是人力獨輪車，后者是經改良的四輪車。同濟大學園林建筑專家陳從周等則勘察了川北廣元一帶現存古棧道的遺跡，掌握了寬度、坡度及承重等數據，認為二者乃二物：木牛有前轅，引進時有人或畜在前面拉，后面有人推；流馬與木牛大致相同，但沒有前轅，不用人拉，僅靠推力行進，外形像馬。
上述幾種觀點，不一而足，究竟哪一種說法最符合木牛流馬的原貌，至今仍難以評說。近日，四川省博物館文物修復專家李剛把多塊碎陶片復原成一輛完整的三輪馬車，該車的斷代在東漢與三國之間。他認為就是歷史上傳說的諸葛孔明的木牛流馬。這輛是一件殉葬品，只有實物三分之一大。高米，車廂高米，全長米。該車有很多先進之處。首先，一般馬車只有兩個輪子，這樣，馬不僅要費力拉車，還要承擔車身的重量；而三輪馬車的出現減輕了馬的承重負擔，增加了馬車的穩定性，讓它的牽引力更大，從而運送更多更重的貨物。其次，傳統二輪馬車的車身和馬之間靠“轅”連接，“轅””的長度注定了馬車轉彎半徑大，不適合在狹窄的山路上行走；而三輪馬車在前面的輪子和后面的車廂之間有個“轉向器”，適合在狹窄山路上轉彎。不過對于“人不大勞，牛不飲食”，李剛也不能解釋清楚。諸葛亮如果九泉之下有知，一定會后悔當初沒有留下詳細的制作圖解。
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