平衡軸用于活塞發動機，通過抵消不平衡的動力來減少振動。平衡軸具有偏心重塊并相互反向旋轉，從而產生凈垂直力。平衡軸由英國工程師弗雷德里克·W·蘭徹斯特于1907年發明并獲得專利。它最常用于汽車和摩托車的直列四缸和V6發動機。

平衡軸系統的工作原理是兩個承載相同偏心重量的軸以發動機速度的兩倍以相反方向旋轉。軸的定相使得重物產生的離心力抵消了發動機產生的垂直二階力（發動機轉速的兩倍）。平衡軸產生的水平力相等且相反，因此相互抵消。平衡軸不會減少曲軸所經歷的振動。

許多摩托車發動機——尤其是直列雙缸發動機——都采用了平衡軸系統，例如雅馬哈TRX850和雅馬哈TDM850發動機有一個帶有平衡軸的270°曲軸。BMWGS平行雙缸使用的另一種方法是使用“虛擬”連桿來移動鉸接配重。

平衡軸通常用于直列四缸發動機，以減少典型直列四缸發動機設計中固有的二階振動（以發動機RPM的兩倍振動的垂直力）。產生這種振動的原因是連桿在均勻點火的直列四缸發動機中的運動在整個曲軸旋轉過程中是不對稱的；因此，在給定的曲軸旋轉周期內，下降和上升活塞的加速度并不總是完全相反，在每轉中產生兩次凈垂直力（隨RPM呈二次方增加）。振動量也隨著發動機排量而增加，導致平衡軸通常用于排量為2.2升（134立方英寸）或更大的直列四缸發動機。增加的沖程或孔都會導致增加的二次振動；較大的沖程會增加加速度的差異，而較大的孔會增加活塞的質量。平衡軸系統的蘭徹斯特設計在1975年推出的MitsubishiAstron80中得到改進，這是一款直列四缸汽車發動機。該發動機是xxx個將一個平衡軸定位于高于另一個平衡軸的發動機，以抵消二階滾動偶合器（即大約曲軸軸線）由于發動機轉速的增減引起的慣性所施加的扭矩。在對置四缸發動機中，力被沿相反方向移動的活塞抵消。因此，四缸發動機不需要平衡軸。

平衡軸也用于GMVortec3700等直列五缸發動機。

在直列六缸發動機和對置六缸發動機中，搖擺力自然平衡，因此不需要平衡軸。無論V角如何，V6發動機本質上都是不平衡的。任何具有奇數氣缸的直列式發動機都存在主要的不平衡，這會導致端到端的搖擺運動。由于V6中的每個氣缸組都有三個氣缸，因此每個氣缸組都會經歷這種運動。平衡軸用于各種V6發動機以減少這種搖擺運動。與90°V6發動機不同，60°V6發動機不需要平衡軸。