連桿是將活塞連接到曲軸的活塞發動機的一部分。連桿與曲柄一起將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉。連桿需要傳遞來自活塞的壓縮力和拉伸力。在其最常見的形式中，在內燃機中，它允許在活塞端樞轉并在軸端旋轉。連桿的前身是水磨機用來將水車的旋轉運動轉換為往復運動的機械聯動裝置。連桿最常見的用途是內燃機或蒸汽機。

連桿的最早證據出現在公元3世紀晚期的羅馬希拉波利斯鋸木廠。它也出現在兩個6世紀的東羅馬鋸木廠中，分別在以弗所和Gerasa出土。這些羅馬水車的曲柄和連桿機構將水車的旋轉運動轉化為鋸片的直線運動。在文藝復興時期的意大利，最早的證據——盡管在機械上被誤解了——復合曲柄和連桿是在Taccola的速寫本中找到的。畫家Pisanello（卒于14??55年）對所涉及的運動有很好的理解，他展示了一個由水輪驅動并由兩個簡單的曲柄和兩個連桿操作的活塞泵。到了16世紀，在歐洲文藝復興時期的技術論文和藝術品中，曲柄和連桿的證據變得豐富；僅阿戈斯蒂諾·拉梅利（AgostinoRamelli）的1588年的多樣化和人工機器就描繪了18個例子，在GeorgAndreasB?ckler的TheatrumMachinarumNovum中，這個數字上升到45種不同的機器。該設計的早期文檔發生在公元1174年至1206年之間的某個時間，在Artuqid州（現代土耳其），當時發明家Al-Jazari描述了一種機器，該機器將連桿與曲軸結合起來，作為提水機的一部分來抽水。

1712年的紐科門大氣發動機（第一臺蒸汽機）使用鏈傳動而不是連桿，因為活塞只產生一個方向的力。然而，此后的大多數蒸汽機都是雙作用的，因此在兩個方向上都會產生力，從而導致使用連桿。典型的布置使用稱為十字頭的大型滑動軸承塊，活塞和連桿之間的鉸鏈位于氣缸外部，需要在活塞桿周圍進行密封。在蒸汽機車中，曲柄通常直接安裝在驅動輪上。連桿用于車輪上的曲柄銷和十字頭（連接活塞桿的位置）之間。內燃機車上的等效連桿稱為“側桿”或“連桿”。在較小的蒸汽機車上，連桿通常具有矩形橫截面，但偶爾也使用圓形橫截面的船用型連桿。在明輪輪船上，連桿被稱為“連桿”（不要被誤認為連桿）。

內燃機的連桿由“大端”、“連桿”和“小端”（或“小端”）組成。小端連接到活塞銷（也稱為“活塞銷”或“腕銷”），它可以在活塞、連桿或兩者中旋轉。通常，大端使用滑動軸承連接到曲柄銷以減少摩擦；然而，一些較小的發動機可能會使用滾動軸承，以避免需要泵送潤滑系統。帶有滾動元件軸承的連桿通常是一體式設計，曲軸必須通過它們壓在一起，而不是可以用螺栓固定在一體式曲軸軸頸周圍的兩件式設計。通常在連桿的大端有一個穿過軸承的針孔，以便潤滑油噴出到氣缸壁的推力側，以潤滑活塞和活塞環的行程。連桿可以在兩端旋轉，因此連桿與活塞之間的角度可以隨著連桿上下移動并圍繞曲軸旋轉而改變。

用于連桿的材料多種多樣，包括碳鋼、鐵基燒結金屬、微合金鋼、球化石墨鑄鐵。在大批量生產的汽車發動機中，連桿通常由鋼制成。在高性能應用中，可以使用鋼坯連桿，它由實心金屬坯料加工而成，而不是鑄造或鍛造。其他材料包括T6-2024鋁合金或T651-7075鋁合金，它們用于輕量化和吸收高沖擊力的能力，但會犧牲耐用性。鈦是一種更昂貴的選擇，可以減輕重量。鑄鐵可用于更便宜、性能更低的應用，例如小型摩托車。

在曲軸的每次旋轉過程中，連桿通常會受到大而重復的力：由于活塞和曲柄銷之間的角度產生的剪切力，活塞向下移動時的壓縮力，以及活塞向上移動時的拉力。這些力與發動機轉速(RPM)的平方成正比。連桿的故障，通常稱為拋桿，是汽車中發動機災難性故障的最常見原因之一，經常將斷桿從曲軸箱的側面驅動，從而使發動機無法修復。連桿故障的常見原因是發動機高轉速引起的拉伸故障、活塞撞擊氣門時的沖擊力（由于氣門機構問題）、連桿軸承故障（通常是由于潤滑問題）或連桿安裝不正確.

曲軸通過連桿施加在活塞上的側向力會導致氣缸磨損成橢圓形。這會顯著降低發動機性能，因為圓形活塞環無法正確密封橢圓形氣缸壁。側向力的大小與連桿的角度成正比，因此更長的連桿將減少側向力的大小和發動機磨損。但是，連桿的最大長度受發動機缸體尺寸的限制；沖程長度加上連桿長度不得導致活塞移動超過發動機缸體的頂部。

徑向發動機通常使用主從連桿，其中一個活塞（動畫中最上面的活塞）有一個直接連接到曲軸的主連桿。其余的活塞將其連桿的附件固定在主桿邊緣周圍的環上。具有許多氣缸的多排發動機，例如V12發動機，在有限長度的曲軸上幾乎沒有空間可用于許多連桿軸頸。在大多數公路汽車發動機中使用的最簡單的解決方案是每對氣缸共享一個曲柄軸頸，但這會減小連桿軸承的尺寸，并意味著不同排中匹配（即相反）的氣缸沿曲軸軸（產生搖擺偶）。另一種解決方案是使用主從連桿，其中主連桿還包括一個或多個環銷，這些環銷連接到其他氣缸上從動桿的大端。主從連桿的一個缺點是，所有與主活塞不成180°的從活塞的沖程長度總是比主活塞的沖程長度稍長，主從連桿最復雜的例子之一是為二戰開發的24缸JunkersJumo222實驗飛機發動機。該發動機由六排氣缸組成，每排氣缸有四個氣缸。每層六缸采用一根主連桿，其余五缸采用從連桿。制造了大約300臺測試發動機，但該發動機并未投入生產。

叉刃桿也稱為分體式大頭桿，已用于V型雙缸摩托車發動機和V12飛機發動機。對于每對氣缸，叉桿在大端分成兩部分，并且來自相對氣缸的刀片桿變薄以適合叉中的這個間隙。這種布置消除了當氣缸對沿曲軸偏移時產生的搖擺力偶。大端軸承的常見布置是叉桿有一個寬軸承套，橫跨桿的整個寬度，包括中心間隙。刀片桿然后運行，不是直接在曲柄銷上，而是在這個套筒的外面。這會導致兩個桿來回擺動（而不是相對于彼此旋轉），從而減少軸承上的力和表面速度。然而，軸承運動也變成往復運動而不是連續旋轉，這對于潤滑來說是一個更困難的問題。使用叉刃桿的著名發動機包括勞斯萊斯MerlinV12飛機發動機、EMD二沖程柴油發動機和各種HarleyDavidsonV-twin摩托車發動機。