《三國演義》第一百零二回中，有諸葛亮製造木牛流馬的描述：忽一日，長史楊儀入告曰：「即今糧米皆在劍閣，人夫牛馬，轉移不方便，如之奈何？」孔明笑曰：「吾已運謀多時也。前者所積木料，並西川收買下的大木，教人製造木牛流馬，轉移糧米，甚是便當。牛馬皆不水食，可以日夜轉運不停也。」眾皆驚曰：「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：「吾已令人依法製造，沒有齊備。吾今先將造木牛流馬之法，尺度方圓，長短闊狹，開寫理解，汝等視之。」眾大喜。 緊接著介紹了製造木牛之法：方腹曲頭，一腳四足；頭入領中，舌著於腹。……每牛載十人所食一月之糧，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！」
司馬懿聽說後，派人去搶了數匹木牛、流馬，並將這些木製的牛馬拆開開來，描圖像形加以仿製，不到半月，竟也造出了千餘匹，一經運用，也與蜀軍所造效果一樣，奔波進退如活的通常。所以，魏軍也用它們去陝西轉移糧草，自以為得計，「往來不停」。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，但在這些牛馬的唇舌以內卻有竅門機關。當諸葛亮發現魏軍開端用他們仿製的木牛流馬轉移糧草時，忍不住心中一陣暗喜，便派大將王平帶領1000名戰士以魏軍裝扮混入運送隊，暗中將木牛、流馬口中舌頭改變，使牛馬便不能行動。合理魏兵懷疑為怪物時，諸葛亮又派五百名戰士裝扮成神兵，鬼頭獸身，用彩色塗面，一邊燃放煙火，一邊驅牛馬而行。魏兵呆若木雞，以為諸葛亮有神鬼相助，也不敢追逐，諸葛亮就這樣垂手可得地取得許多糧草。這麼奇特的運送東西，可以「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，斜谷高低駕木牛。後世若能行此法，輸將安得使人愁？」可是依據現在的質量守恆定律，木牛流馬類似於永動機，這是不符合前史規則的，所以不少人以為，所謂木牛、流馬純係小說家的臆造。
可是依據史書記載，諸葛亮的確製造過木牛、流馬。《三國誌?諸葛亮傳》記載：「(建興)九年(231)，亮復出祁山，以木牛運，糧盡退軍……十二年春，亮悉群眾由斜谷出，以流馬運，據武功五丈原，與司馬宣王關於渭南。」儘管上述記載沒有《三國演義》描寫得那麼奇特，但也可以從中看出諸葛亮以木牛、流馬運糧的前史事實。那麼，木牛、流馬終究什麼樣的機械呢？《諸葛亮集》中的一段文字，應該是可靠的材料：「木牛者，方腹曲頭，一腳四足，頭人領中，舌著於腹。載多而行少，宜可大用，不行小使；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，轉者為富裕，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，儘管對木牛形象作了描寫，而且下文還對流馬的有些尺度作了記載，可是因為沒有任何什物與圖形存留後世，多年來，圍繞著木牛、流馬，大家作過許多猜測。
一種定見以為，木牛、流馬都是經諸葛亮改善的普通獨輪推車。這種說法，源自《宋史》、《後山叢談》、《稗史類編》等史籍，以為木製獨輪小車在漢代稱為鹿車，諸葛亮加以改善後稱為木牛、流馬，北宋才呈現獨輪車的稱號。這兩種獨輪車都很共同，其車形似牛似馬，具有共同的運送功用。木牛有前轅，引入時人或畜在前面拉，人在後邊推。而流馬和木牛大致相似，僅僅沒有前轅，跋涉時不必拉，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，而且多被用於馬隊作戰。運糧運草主要靠人力，這樣，木牛流馬便應運而生，發揮了很大的效果。這種說法還以四川渠縣蒲家灣東漢無名闕反面的獨輪小車浮雕等什物史料為佐證，以為這些東漢的獨輪車，都再現了木牛、流馬的容貌。可是，有人對此頗有微辭，以為四輪車與獨輪車的機械原理非常簡單，無須大書特書，諸葛亮的本事也不至於如此平庸。
還一種定見以為，木牛、流馬是新款的主動機械。《南齊書?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，造出更勝一籌的主動機械。以此推論，三國期間使用齒輪製造機械已屬常見，後世所推重的木牛流馬，不行能是漢代已有的獨輪車，很有可能是令祖沖之感興趣的、運用齒輪原理製造的主動機械。可是惋惜的是並無什物留於後世。
第三種定見以為，木牛、流馬是四輪車和獨輪車，可是何者為四輪，何者為獨輪卻觀念截然相反。宋代高承《事物紀原》卷八以為：「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。」而範文瀾則以為，木牛是一種人力獨輪車，有一腳四足。所謂一腳即是一個車輪，所謂四足，即是車旁前後裝四條木柱；流馬是改進的木牛，前後四腳，即人力四輪車。儘管它們的尺度與古代的木牛流馬不一樣，但工作原理差不多：木牛的載份量對比大，跋涉緩慢，對比適宜在乎緩的道路上運行；流馬則是專門用於山區運送的東西。並估測，當年諸葛亮北伐曹魏，所需糧草需要從悠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」，險阻高低，沿江的許多棧道是在峭壁上開鑿的，又窄又險，有的只要一米多寬，也只能包容『流馬」這種獨輪車經過。這兩種徹底相左的結論，咱們也沒法評判哪一種準確。
還有一種爭辯更有意思，即木牛和流馬終究是一物還是兩物。全國聞名的研討三國史專家譚良嘯以為，木牛和流馬為一物，是一種新的人力木製四輪車；新疆大學機械工程學院高級工程師王湔也以為，二者同屬一物，並製造出一種具有牛的外形、馬的步態的模型。王開則以為，木牛與流馬是兩種東西，前者是人力獨輪車，後者是經改進的四輪車。同濟大學園林建築專家陳從周等則勘測了川北廣元一帶現存古棧道的遺跡，掌握了寬度、斜度及承重等數據，以為二者乃二物：木牛有前轅，引入時有人或畜在前面拉，後邊有人推；流馬與木牛大致一樣，但沒有前轅，不必人拉，僅靠推力跋涉，外形像馬。
上述幾種觀念，不勝枚舉，終究哪一種說法最符合木牛流馬的原貌，至今仍難以評說。近來，四川省博物館文物修正專家李剛把3000多塊碎陶片恢復成一輛完整的三輪馬車，該車的斷代在東漢與三國之間。他以為即是前史上載說的諸葛孔明的木牛流馬。這輛是一件殉葬品，只要什物三分之一大。高1.15米，車廂高1米，全長2.56米。該車有許多領先的地方。首要，通常馬車只要兩個輪子，這樣，馬不只要吃力拉車，還要承當車身的份量；而三輪馬車的呈現減輕了馬的承重擔負，增加了馬車的穩定性，讓它的牽引力更大，然後運送更多更重的貨品。其次，傳統二輪馬車的車身和馬之間靠「轅」銜接，「轅」」的長度注定了馬車轉彎半徑大，不適合在狹隘的山路上行走；而三輪馬車在前面的輪子和後邊的車廂之間有個「轉向器」，適合在狹隘山路上轉彎。不過關於「人不大勞，牛不飲食」，李剛也不能解說清楚。諸葛亮假如九泉之下有知，一定會懊悔最初沒有留下具體的製造圖解。