指南車是中國古代用來指示方向的一種裝置，它實現(xiàn)指向功能主要依靠齒輪傳動和差動原理。

具體來說，指南車靠人力帶動兩輪行走，車內(nèi)的木制齒輪會隨之轉(zhuǎn)動。當車子轉(zhuǎn)向時，兩個車輪產(chǎn)生差動，這種差動帶動指向木人與車轉(zhuǎn)向方向相反但角度相同，從而始終指向出發(fā)時設定的方向。

比如，有一種常見的結(jié)構(gòu)是兩輪的差動使斜面軸向頂推帶動曲軸轉(zhuǎn)動，帶動車上指向木人與車轉(zhuǎn)向角度相同但方向相反，保證了車在運動中指示方向不變。還有在車轉(zhuǎn)向時，推桿內(nèi)端帶動弓狀體旋轉(zhuǎn)，通過杠桿、連桿的傳動，曲軸旋轉(zhuǎn)，柔性弓弦釋放彈力可使曲軸順利通過止點位置，防止卡住。

燕肅的指南車是雙輪獨轅車，車中有 7 個齒輪。車輪轉(zhuǎn)動帶動附輪，附輪使小平輪轉(zhuǎn)動，小平輪再帶動中心大平輪，指南木人的立軸裝在大平輪中心。車轉(zhuǎn)彎時，操作車上離合裝置可控制大平輪轉(zhuǎn)動，使木人指向不變。

吳德仁改進了燕肅的指南車，發(fā)明了繩輪離合裝置，解決了不能轉(zhuǎn)大彎的問題。

現(xiàn)代對指南車的復原有多種結(jié)構(gòu)。其中兩輪的差動使斜面軸向頂推的結(jié)構(gòu)，較為接近歷史實際條件。另外，還有利用齒輪傳動系統(tǒng)和自動離合裝置，或采用差速齒輪原理結(jié)構(gòu)的指南車，但它們存在使用條件嚴格、指向誤差大、實用性差、結(jié)構(gòu)復雜等問題。還有一種差動輪系的原理，根據(jù)左右輪轉(zhuǎn)動速度的差來調(diào)整木人的指向。當車直行時，行星輪只自轉(zhuǎn)，行星架不動；車轉(zhuǎn)彎時，左右輪轉(zhuǎn)速不同，行星輪除自轉(zhuǎn)外還公轉(zhuǎn)，使行星架轉(zhuǎn)動，通過控制齒輪間傳動比，讓木人的轉(zhuǎn)動抵消車身轉(zhuǎn)動，始終指向南方。