相傳早在5000多年前，黃帝時代就已經發明了指南車，當時黃帝曾憑著它在大霧彌漫的戰場上指示方向，戰勝了蚩尤。西周初期，當時南方的越棠氏人因回國迷路，周公就用指南車護送越棠氏使臣回國。三國馬鈞所造的指南車除用齒輪傳動外，還有自動離合裝置 ，是利用齒輪傳動系統和離合裝置來指示方向。在特定條件下，車子轉向時木人手臂仍指南。在技術上又勝記裏鼓車壹籌。
據考證，三國魏馬鈞於青龍3年（235年）創造指南車，雖有記載，但造法失傳。東晉安帝義熙十三年（417年），劉裕北伐進兵長安，後秦姚興使令狐生制造指南車。北魏的郭善明也曾研發過，未成，扶風人馬嶽又造，垂成，善明鴆殺之。南朝的祖沖之又發明壹次，《南齊書?祖沖之傳》：“初，宋武平關中，得姚興指南車，有外形而無機巧，每行，使人於內轉之。升明中，太祖輔政，使沖之追修古法。沖之改造銅機，圓轉不窮，而司方如壹，馬鈞以來未有也。”《宋史?輿服誌》對指南車的機械結構，作了比較具體的記述，此車僅用為帝王出行的儀仗。宋、金兩朝的燕肅與吳德仁等科學家都研制出指南車，但之後又失傳了。《宋史·輿服誌》對其機械構造有具體記載 。宋代造法有天聖五年（1027）燕肅所獻傳統做法和大觀元年（1107)內侍省吳德仁所獻車制兩種。指南車的創造標誌著中國古代在齒輪傳動和離合器的應用上已取得很大成就。指南車是古代壹種指示方向的車輛，也是古代帝王出門時，作為儀仗的車輛之壹，以顯示皇權的威武與豪華。
指南車發明的傳說
關於指南車的發明，最早的記錄還得從5000年前黃帝大戰蚩尤的傳說說起。據說黃帝和蚩尤作戰三年，進行了72次交鋒，都未能取得勝利。在壹次大戰中，蚩尤在眼看就要失敗的時候，請來風伯雨師，呼風喚雨，給黃帝軍隊的進攻造成困難。黃帝也急忙請來天上壹位名叫旱魃的女神，施展法術，制止了風雨，才使得軍隊得以繼續前進。這時詭計多端的蚩尤又放出大霧，霎時四野彌漫，使黃帝的軍隊迷失前進的方向。黃帝十分著急，只好命令軍隊停止前進，原地不動。並馬上召集大臣們商討對策。應龍、常先、大鴻、力牧等大臣都到齊了，唯獨不見風後。有人懷疑風後是不是被蚩尤殺害了。黃帝立即派人四下尋找，可是找了很長時間，仍不見風後的蹤影，黃帝只好親自去找。當黃帝來到戰場上時，只見風後獨自壹人在戰車上睡覺。黃帝生氣地說：“什麽時候，妳怎麽在這裏睡覺？”風後慢騰騰地坐起來說：“我哪裏是在睡覺，我是正在想辦法。”接著，他用手向天上壹指，對黃帝說：“妳看，為什麽天上的北鬥星，鬥轉而柄不轉呢?臣聽人說過，伯高在采石煉銅的過程中，發現過壹種磁石，能將鐵吸住。我們能不能根據北鬥星的原理，制造壹種會指方向的東西，有了這種東西就不怕迷失方向了。”黃帝把風後的這個想法告訴眾臣，大家議論了壹番，都認為這是壹個好辦法。然後，就由風後設計，大家動手制作。經過幾天幾夜奮戰，終於造出了壹個能指引方向的儀器。風後把它安裝在壹輛戰車上，車上安裝了壹個假人，伸手指著南方。然後告訴所有的軍隊，打仗時壹旦被大霧迷住，只要壹看指南車上的假人指著什麽方向，馬上就可辨認出東南西北。
指南車的詳細記載
不過其後又有歷史典籍顯示三國時馬鈞是第壹個成功地制造指南車的人。《宋史·輿服誌》則詳細地記載了燕肅和吳德仁所造指南車的結構和技術規範，成為世界史上最寶貴的工程學文獻。
燕肅的指南車是壹輛雙輪獨轅車，車上立壹木人，伸臂指南。車中，除兩個沿地面滾動的足輪(即車輪)外，尚有大小不同的7個齒輪。《宋史·輿服誌》分別記載了這些齒輪的直徑或圓周以及其中壹些齒輪的齒距與齒數。由齒數、轉動數，並保證木人指南的目的，可見古人掌握了關於齒輪匹配的力學知識和控制齒輪離合的方法。車輪轉動，帶動附於其上的垂直齒輪 (稱“附輪”或“附立足子輪”) ，該附輪又使與其嚙合的小平輪轉動，小平輪帶動中心大平輪。指南木人的立軸就裝在大平輪中心。當車轉彎時，只要操作車上離合裝置，即竹繩、滑輪(分別居於車左或車右的小輪) 和鐵墜子，就可以控制大平輪的轉動，從而使木人指向不變，例如，當車向右轉彎，則其前轅向右，後轅必向左。此時只要將繞過滑輪的後轅端繩索提起，使左小平輪下落，從而與大平輪離開；同時使右小平輪上升，從而與大平輪嚙合，大平輪就隨右小平輪而逆轉。由於各個齒輪匹配合理，車輪轉向的弧度與大平輪逆轉弧度相同，故木人指向不變。
其後，吳德仁鑒於燕肅所制的指南車不能轉大彎，否則指向就失靈這壹大缺點，重新設計制作指南車。吳德仁指南車基本原理與燕肅壹致，只是在附設裝置方面較為復雜。他的車分上下兩層。上層除木人指南外，繞木人還有二只龜、四只鶴和四個童子。上層13個相互嚙合的齒輪就是為它們設的。下層的齒輪裝置與結構如前所述，是他發明了繩輪離合裝置，以保證車轉大彎也不影響木人指向。
李約瑟博士在對指南車的差動齒輪作詳細研究後指出：無論如何，指南車是人類歷史上第壹架有***協穩定的機械(homoeostatic machine) ；當駕車人與車輛成壹整體看待時，它就是第壹部摹控機械。
指南車用上激光指示儀
張衡發明的地動儀和春秋時代的指南車，這些都是現代人記憶中的東西。昨天，在蘇州古代天文計時儀器研究所，記者重新看到了這些東西。陳凱歌所長興奮地介紹了仿制過程。
張衡的地動儀，其結構原理從古至今都有許多爭議。陳所長應廣東科技館的要求設計制作了2臺不同結構的地動儀，分別是1951年王振鋒設計的”立式都柱”和2004年由現代專家設計的”懸掛式”。這兩臺地動儀都是青銅制成，高約l米，按l：3的尺寸制作的。為了研究觀察方便，還特地制作成不封閉的結構，好讓更多的人了解和觀看。陳所長還為記者現場演示了地動儀的工作原理，當他在震動平臺的壹邊晃動時，那個方向的錒珠就落入下面的龍口中，很是奇特。陳所長說：”這兩臺模擬地動儀的成功仿制，不但歡迎觀眾動手參與，還要大家動腦子，來評判哪個更好。”陳所長還向記者介紹了“指南車”，這輛車全部用紅木制作而成，車身的雕刻十分細膩傳神。另外，它還融入了現代技術，用激光來標示南方。他說，這樣就更能激發觀眾的興趣。車高2米多，上面的小人手指南方，當車轉動時，車內齒輪壹同轉動，使得小人的手永遠指向南方。