La maggior parte delle macchine volanti che Leonardo progetta, infatti, è dotata di ali, di solito battenti. E’ proprio all'ala che egli riserva una ricerca ampia e particolareggiata, che nel corso degli anni effettua un percorso evolutivo non sempre facile da seguire.
Dopo numerosi studi ed esperimenti, Leonardo sembra orientarsi
verso un tipo di ala "a sportelli", di forma simile a quella del pipistrello, che suddivide in tre zone per le quali prevede l'impiego di materiali diversi - legno di abete, fustagno ricoperto di piume e taffetà inamidato teso sopra una rete a maglie larghe - seguendo un criterio di progressivo alleggerimento strutturale. La combinazione dei diversi materiali tendeva separarsi durante l'alzata e ritornava ad aderire durante l'abbassata. Tutto ciò doveva agevolare il movimento dell'ala, riducendo lo sforzo nella prima fase e meglio sfruttando la resistenza dell'aria nella seconda.
Ma la soluzione "a sportelli" tuttavia non soddisfa Leonardo che finisce per abbandonarla, preferendo alla fine un rivestimento continuo, ritenuto evidentemente più funzionale.
Nelle ultime creazioni venne adotta un tipo di ala completamente diversa, con un'ossatura vagamente simile a quella di una mano e rifinita con una copertura.
Di fondamentale importanza sono gli studi per misurare la potenza e la capacità dell’ala di sostenere in volo la macchina e il pilota. A questo scopo, venne così creato l'attrezzo per la prova di ali battenti. Si tratta di un'ampia ala palmare di 12 metri per 12 metri, fissata ad un cubo di legno, del peso di circa 68 chilogrammi, e azionata da una doppia leva.
Agendo rapidamente sulla leva, se il cubo di legno si alza da terra prima che l'ala si abbassi, la portanza di quest'ultima è da ritenere soddisfacente.
