指南車的工作原理是利用機(jī)械系統(tǒng)傳遞兩車輪轉(zhuǎn)向時(shí)的差動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)指示方向。

它不是靠磁性，而是通過齒輪傳動(dòng)等機(jī)械裝置運(yùn)作。靠人力帶動(dòng)兩輪行走，車內(nèi)木制齒輪會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，車子轉(zhuǎn)向時(shí)兩個(gè)車輪產(chǎn)生差動(dòng)，這個(gè)差動(dòng)帶動(dòng)指向木人與車轉(zhuǎn)向方向相反但角度相同，從而使木人的手始終指向出發(fā)時(shí)設(shè)定的方向。

比如有一種指南車結(jié)構(gòu)，利用兩輪差動(dòng)使斜面軸向頂推帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，保證仿古指南車運(yùn)動(dòng)時(shí)指示方向不變。

還有當(dāng)指南車向右轉(zhuǎn)動(dòng)，推桿內(nèi)端帶動(dòng)弓狀體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過杠桿、連桿傳動(dòng)使曲軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，柔性弓弦在到達(dá)止點(diǎn)位置時(shí)釋放彈力助曲軸順利通過。

宋代指南車內(nèi)部是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，燕肅的指南車是雙輪獨(dú)轅車，車中有 7 個(gè)齒輪，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)附輪、小平輪、大平輪，通過離合裝置控制大平輪轉(zhuǎn)動(dòng)使木人指向不變。

吳德仁重新設(shè)計(jì)的指南車發(fā)明了繩輪離合裝置，解決了不能轉(zhuǎn)大彎的問題。

現(xiàn)代對(duì)指南車的復(fù)原中，采用兩輪差動(dòng)使斜面軸向頂推的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且接近歷史實(shí)際條件，還有利用齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)離合裝置或采用差速齒輪原理結(jié)構(gòu)的指南車，但存在使用條件嚴(yán)格、指向誤差大等問題。

總之，指南車通過巧妙的機(jī)械設(shè)計(jì)和齒輪傳動(dòng)，讓木人無(wú)論車子如何轉(zhuǎn)向都能指示固定方向。