Polkupyörällä ajettaessa on tärkeää säilyttää tietty poljinnopeus (kutsutaan myös poljinnopeudeksi) rinteistä tai tasaisesta tiestä riippumatta. Voiman siirtäminen polkimelta pyörille edellyttää vaihteiden käyttöä.

Pyörässä on kaksi paikkaa, joissa vaihteet ovat olemassa. Ensimmäinen on kytketty polkimeen, jota kutsutaan ketjurenkaaksi. Toinen paikka on kytketty takarenkaaseen, jota kutsutaan takarattaaksi tai ketjupyöräksi. Vaihteet on yhdistetty ketjulla. Ketju siirtää polkimeen kohdistetun voiman pyöriin ja mekaaninen etu syntyy polkimiin (etukasetti) ja pyöriin (takakasetti) kytkettyjen vaihteiden koon perusteella.

On olemassa erilaisia ​​​​pyöriä, joissa on vaihteleva määrä vaihteita, joita kutsutaan ketjurenkaiksi ja ketjupyöriksi. Yksivaihteinen pyörä pysyy kiinteänä mekaanisena etuna - yksivaihteisessa pyörässä olevat vaihteet eivät vaihda riippumatta siitä, polkeeko henkilö tasaisella tiellä vai mäessä. Tämä tarkoittaa, että polkevan henkilön on kuormitettava koko jalkojaan voidakseen kiivetä mäkeä tai ajaa paljon nopeammin.

Monivaihteisen pyörän avulla polkeva henkilö voi säilyttää saman poljinnopeuden säätääkseen mekaanista etuaan erilaisten tulosten saavuttamiseksi. Tämän ansiosta ratsastaja voi kiivetä mäkeä tai matkustaa nopeammin muuttamatta poljinnopeutta.

Polkupyörä, jossa on useita vaihteita, antaa monia vaihtoehtoja käyttää mekaanista etua henkilökohtaiseksi hyödykseen. Pysähdyksissä oleva polkupyörä haluaisi käyttää suuremmalle vääntömomentille (kääntövoimalle) sopivaa vaihdeyhdistelmää kiihdyttäessään pysähdyksestä tai kiipeämään suureen mäkeen. Vääntömomentin mekaaninen etu (enemmän kääntövoimaa) saavutetaan, kun pienempi vaihde käyttää suurempaa vaihdetta. Polkupyörän yhteydessä tämä tapahtuu, kun pienin eturatas yhdistetään suurimman takarattaan tai ketjupyörän kanssa. Vääntömomentille suunnattu polkupyörä ei kuitenkaan pysty liikkumaan kovin nopeasti.

Toisaalta jo liikkeessä olevan ja suuren nopeuden tavoittelevan polkupyörän on käytettävä suurempaan nopeuteen (liikenteeseen) sopivaa vaihdeyhdistelmää saavuttaakseen suuren nopeuden ilman, että joutuisi polkemaan satoja kertoja minuutissa. Mekaaninen nopeusetu saavutetaan, kun suurempi vaihde ajaa pienempää vaihdetta. Polkupyörän yhteydessä tämä tapahtuu, kun suurin eturattaan koko on paritettu pienimmän takarattaan tai ketjupyörän kanssa.

Pyöräilyn mekaaninen etu antaa ratsastajille mahdollisuuden saada eniten irti käyttämänsä energian määrästä. Mekaanista etua voidaan soveltaa monissa eri tilanteissa ja siitä tulee toivottavaa, kun robottia suunnitellaan kilpailuun.