木牛流马的原理一共有三个版本：
一、木牛流马是普通独轮推车。
《宋史》、《后山丛谭》和《稗史类编》都说：木制独轮小车，汉代称为鹿车，经诸葛亮改进后称为木牛流马，到了北宋，在沈括《梦溪笔谈》中开始出现了独轮车的名称，这种小车的形态和构造，因地制宜，略有不同，故各地所称手推车、二把手，鸡公车等，都是指这种独轮小车。
二、木牛流马是四轮车。
高承《事物纪原》卷八说：（诸葛亮始造）木牛，即今小车之有前辕者；流马即今独推者，民间谓之为江州车子，这在《诸葛亮集》、《资治通鉴》里也有些根据，范文澜明确提出这个观点，其确凿佐证是成都羊子山二号汉墓出土的骈车画像砖，其右下角有人推独轮小车的形象，木牛流马的称呼来历，因为独轮车不用牛马，这正如今人把拖拉机叫做铁牛、摩托车叫电驴子一样。
三、木牛流马是用连杆、齿轮等机构组成的自动机械。
此说以《南齐书·祖冲之传》、《太平御览》、《辞源》等为代表，其主要内容是：三国时代，运用齿轮原理制作机械，己屡见不鲜，东汉时毕岚作翻车是利用齿轮转动来汲水的一种装备，三国时韩暨又制造水排，利用水力驱动水轮来灌水。
《南史·祖冲之传》：以诸葛亮有木牛流马，乃造一器，不因风水，施机自运，不劳人力，可知祖冲之是亲眼见过木牛流马的，又因木牛流马的启发，他便创造一种机械运行的工具，比木牛流马更胜一筹，由此可知，木牛流马一定是利用齿轮原理来制作，否则祖冲之不会有兴趣拿它来作参考和对比。