齒輪系是通過將齒輪安裝在框架上從而使齒輪的齒嚙合而形成的機械系統。

齒輪齒設計用于確保嚙合齒輪的節圓相互滾動而不會打滑，從而提供從一個齒輪到下一個齒輪的平穩旋轉傳輸。 齒輪和齒輪系的特點包括：

• 配對齒輪的節圓的齒輪比決定齒輪組的速比和機械優勢。
• 行星齒輪系在緊湊的封裝中提供高齒輪減速。
• 可以為非圓形齒輪設計輪齒，但仍能平穩地傳遞扭矩。
• 鏈條和皮帶傳動的速度比的計算方式與齒輪比相同。 查看自行車傳動裝置。

接觸齒輪之間的旋轉傳動可以追溯到希臘的Antikythera機械和中國的南極戰車。 漸開線齒的實施產生了提供恒定速比的標準齒輪設計。

齒輪齒的設計使得齒輪上的齒數與其節圓的半徑成正比，因此嚙合齒輪的節圓相互滾動而不會滑動。 一對嚙合齒輪的速比可以根據節圓的半徑比和每個齒輪上的齒數比來計算。

節圓上接觸點的速度 v 在兩個齒輪上是相同的

其中 NA 是輸入齒輪的齒數，NB 是輸出齒輪的齒數。

輸入齒輪有 NA 個齒，輸出齒輪有 NB 個齒的一對嚙合齒輪的機械優勢由下式給出

M A = N B N A 。

這表明，如果輸出齒輪 GB 的齒數多于輸入齒輪 GA，則齒輪系會放大輸入扭矩。 而且，如果輸出齒輪的齒數少于輸入齒輪的齒數，則齒輪系會降低輸入扭矩。

如果齒輪系的輸出齒輪比輸入齒輪旋轉得慢，則該齒輪系稱為減速器。 在這種情況下，由于輸出齒輪的齒數必須多于輸入齒輪的齒數，因此減速器會放大輸入扭矩。

對于此分析，考慮具有一個自由度的齒輪系，這意味著齒輪系中所有齒輪的角旋轉由輸入齒輪的角度定義。

齒輪的大小和它們嚙合的順序定義了輸入齒輪的角速度 ωA 與輸出齒輪的角速度 ωB 的比率，稱為齒輪系的速比或傳動比。

作用在輸入齒輪 GA 上的輸入扭矩 TA 通過齒輪系轉化為輸出齒輪 GB 施加的輸出扭矩 TB。 假設齒輪是剛性的，輪齒嚙合沒有損失，那么可以利用虛功原理來分析齒輪系的靜平衡。

設輸入齒輪的角度θ為齒輪系的廣義坐標，則齒輪系的速比R定義了輸出齒輪相對于輸入齒輪的角速度

齒輪系的機械優勢是輸出扭矩 TB 與輸入扭矩 TA 之比

齒輪系的速比也決定了它的機械優勢。 這表明，如果輸入齒輪比輸出齒輪旋轉得快，則齒輪系會放大輸入扭矩。 如果輸入齒輪比輸出齒輪旋轉得慢，齒輪系會降低輸入扭矩。

齒輪系的最簡單示例有兩個齒輪。