И все-таки создать себе положение, достойное его гения, Леонардо не сумел. Он не хотел работать только как художник и не набирал себе, как другие, не исключая и Рафаэля, такое количество работ, что больше ни на что не оставалось времени. Какой толк был и том, что Рафаэль зарабатывал безумные деньги? Ватикан был должен ему столько, что не был в состоянии уплатить все, и папа Лев даже думал рассчитаться с художником кардинальской шапкой, хотя знал хорошо, что по своим наклонностям Рафаэль меньше всего похож на монаха.
Удовлетворив первые желания Джулиано, Леонардо по обыкновению стал оттягивать дальнейшее писание картин. Он успел Леонардо да Винчи осмотреться в Риме и сообразил, где искать то, что его больше всего интересовало. И, как всегда, сразу же устремился на много вещей.
Он стал продолжать в римском госпитале занятия анатомией на трупах, но, очевидно, следуя последним советам Маркантонио делла Торре, он теперь искал уже связи между строением различных органон и их функциями, т. е. стал переходить от анатомии к физиологии. Во-вторых, бродя по окрестностям Рима, он изучал разные геологические породы и на Монте-Марио непременно хотел докопаться до пластов с ракушками. В-третьих, во рвах замка св. Ангела, наполненных водою, он делал опыты по акустике и изучал законы распространения звука в жидкой среде. В-четвертых, он продолжал опыты по воздухоплаванию, которые в описании Вазари представлены как непонятная блажь: «Намяв кусок воску, он во время прогулок животных, полных воздухом, и, надувая их, заставлял летать; а когда воздух из них выходил, они падали на землю». И конечно, математика и механика оставались всегда постоянным фоном для этих переменных передних декораций. Немецкие мастера работали по его указанию в мастерских, устроенных для него по распоряжению Джулиано. Ученики решали перспективные задачи, а сам он просиживал ночи над геометрическими проблемами. Он начинал писать трактат «О геометрических играх», не законченный, как и все его предыдущие трактаты. Римскому обществу, особенно тому, которое толпилось в передних и приемных Ватикана, опыты Леонардо казались игрой в бирюльки, и сам он представлялся седым ребенком. Отголоском этих оценок является дальнейшее описание этих опытов у Вазари.
«Одной ящерице чрезвычайно странного вида, найденной садовником Бельведера, он нацепил крылья, сделанные из кожи, содранной им с других ящериц, наполненные ртутью и трепетавшие, когда ящерица двигалась; кроме того, он приделал ей глаза, рога и бороду, приручил ее и держал и коробке. Все друзья, которым он ее показывал, от страха пускались наутек. Часто приказывал он очищать от жира и пищи кишки крутенца и доводил их до такой тонкости, что их можно было уместить на ладони. А в другой комнате он поставил кузнечный мех, к которому прикрепил один конец упомянутых кишок и надувал их до такой степени, что наполнял всю комнату, а она была огромная, так что тот, кто в ней находился, вынужден был забиваться и угол. Тем самым показывал он, что прозрачные и наполненные воздухом кишки, занимавшие вначале мало места, в конце концов стали занимать много, и сравнивал это с людским дарованием. Он осуществлял бесконечное количество такого рода измышлений».