指南車的構(gòu)造具有獨(dú)特之處。其不用磁性，靠機(jī)械傳動(dòng)來指示方向。

原理是利用人力帶動(dòng)兩輪行走，使車內(nèi)木制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞兩輪轉(zhuǎn)向時(shí)的差動(dòng)，從而帶動(dòng)車上的指向木人與車轉(zhuǎn)向方向相反角度相同。

指南車的結(jié)構(gòu)主要包括車輪、車軸、齒輪、杠桿、連桿、曲軸等部件。

指南車的車輪尺寸會(huì)有制造誤差和磨損不均，地面也不平整，這會(huì)影響其指向精度。但在短時(shí)期短距離及路況相對(duì)平整時(shí)，能正確指向。

從出現(xiàn)時(shí)間看，關(guān)于指南車的出現(xiàn)有多種說法，較妥當(dāng)?shù)氖俏鳚h已有。

在復(fù)原方面，現(xiàn)代的復(fù)原是給現(xiàn)代人的參考，不代表古代事實(shí)。有多種復(fù)原結(jié)構(gòu)，如兩輪的差動(dòng)使斜面軸向頂推帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，更接近古代技術(shù)水平和歷史記載。

研究制作方面，燕肅的指南車是雙輪獨(dú)轅車，車上有 7 個(gè)齒輪，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)的指南車解決了燕肅指南車不能轉(zhuǎn)大彎的缺點(diǎn)，發(fā)明了繩輪離合裝置。

指南車作為皇帝儀仗車輛，規(guī)格高，裝飾華美。由于其崇高地位和特殊作用，前朝滅亡常被毀壞。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)常被視為機(jī)密，古籍記載少。各代指南車內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能不同。