Коробка передач служит для изменения тягового усилия на ведущих колесах, движения автомобиля задним ходом, длительного разъединения двигателя и ведущих колес при остановках и движении накатом.

Изменение тягового усилия на ведущих колесах необходимо для преодоления сил сопротивления движению автомобиля. Величина этих сил определяется трением деталей трансмиссии, сопротивлением качения и воздуха, а также сопротивлением подъема и разгона. В зависимости от этих условий силы сопротивления могут возрастать по отношению к минимальным значениям в 4—5 раз, например при трогании с места и разгоне, при движении на подъем. В то же время крутящий момент двигателя, от которого зависит тяговое усилие на колесах, при максимальной подаче топлива можно увеличить всего в 1,1— 1,3 раза. Этой величины достаточно только для разгона и движения по горизонтальной гладкой дороге.

Чтобы повысить тяговое усилие на ведущих колесах при определенных оборотах и крутящем моменте двигателя, необходимо уменьшить обороты колес по отношению к оборотам двигателя, т. е. снизить скорость движения автомобиля. Такое изменение соотношения числа оборотов и обратно пропорциональное изменение тягового усилия достигается применением коробки передач, первичным (ведущим) валом которой является вал сцепления, а вторичный (ведомый) вал которой постоянно соединен с карданной передачей.

Связь между первичным и вторичным валами позволяет изменять соотношение чисел их оборотов  и крутящих моментов . Отношение числа оборотов первичного вала к числу оборотов вторичного вала называется передаточным числом  коробки передач.

Передаточное число может иметь величину от 0,6 до 8. В зависимости от характера изменения передаточного числа различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные коробки передач. По виду связи между первичным и вторичным валами коробки передач, делятся на механические, гидравлические, электрические и комбинированные, по способу управления — с ручным и автоматическим управлением.

Наибольшее распространение на автомобилях получили ступенчатые, механические коробки передач с ручным управлением. Передаточное число в них изменяется введением в зацепление шестерен с различным числом зубьев, которые установлены на параллельных валах. На большинстве автомобилей установлены простые коробки передач с наружным зацеплением шестерен и неподвижными валами. Некоторые автомобили имеют планетарные коробки передач с шестернями внутреннего зацепления и подвижными валами. Планетарные коробки передач имеют меньший вес и габарит при больших передаточных числах, позволяют изменять передаточное число без остановки первичного и вторичного валов, но отличаются повышенной сложностью конструкции.

Простые коробки передач автомобилей имеют трехвальную конструкцию с шестернями. Первичный вал через сцепление получает крутящий момент от двигателя и сообщает его через шестерни постоянного зацепления и промежуточному. Диаметр и число зубьев  ведущей шестерни меньше диаметра и числа зубьев  ведомой шестерни промежуточного вала.

Введение шестерни во внутреннее зацепление с ведущей шестерней соединяет напрямую первичный и вторичный валы, а промежуточный вал вращается вхолостую. Передаточное число коробки передач при этом равно, и такая передача называется прямой.

Для движения задним ходом шестерня вводится в зацепление с шестернями заднего хода и, и вращение вторичного вала меняется на обратное.

С помощью нескольких шестерен промежуточного и вторичного валов получают несколько передач (ступеней) с различными передаточными числами, увеличивающими крутящий момент на вторичном валу. На некоторых автомобилях применяется ускоряющая передача с передаточным числом меньше единицы. Движение малонагруженного автомобиля по хорошей дороге на ускоряющей передаче снижает расход топлива и износ деталей двигателя, так как его коленчатый вал вращается с меньшим числом оборотов, чем при движении на прямой передаче с той же скоростью. Передача с большим передаточным числом считается низшей по отношению к передаче с меньшим передаточным числом, называемой высшей.

Большинство автомобилей имеют четырехступенчатые коробки передач (считая передачи для движения вперед), некоторые — пятиступенчатые. При увеличении числа ступеней улучшается использование мощности двигателя, динамические свойства автомобиля и его топливная экономичность.

Прямозубые шестерни во время переключения передач передвигаются, входя в зацепление друг с другом. Это повышает износ зубьев шестерен и шумность работы коробки передач. Косозубые шестерни имеют пониженную шумность работы, но введение их в зацепление затруднительно, поэтому большинство шестерен коробки передач косозубые, постоянного зацепления.

Шестеренный механизм коробки передач находится в картере из алюминиевого сплава или чугуна и работает в масляной ванне. Межосевое расстояние и диаметр ведомой шестерни первой передачи определяют габарит коробки передач и зависят от максимального крутящего момента двигателя и условий трогания с места полностью груженного автомобиля.

Картер коробки передач крепится к заднему торцу картера сцепления. Первичный вал передним концом опирается на подшипник в гнезде маховика, задним концом — на подшипник в передней стенке картера коробки передач. Промежуточный вал представляет собой блок косозубых шестерен, установленный в подшипниках передней и задней стенок картера и постоянно получающий вращение от ведущей шестерни первичного вала. Вторичный вал передним концом установлен на подшипник в выточке первичного вала, задним концом — на подшипник в задней стенке картера.

На вторичном валу свободно вращаются косозубые шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Между шестернями вторичного вала на шлицах расположены синхронизаторы — подвижные муфты, плавно соединяющие ту или другую шестерню с валом, что обеспечивает включение определенной передачи. По числу таких подвижных звеньев коробки передач делятся на двухходовые и трехходовые. Большая часть автомобилей имеют трехходовые коробки передач.

Управление коробкой передач производится ручным рычагом через механизм, обеспечивающий передвижение синхронизаторов.

При работе коробки передач шестерни и валы испытывают большие нагрузки от крутящего момента двигателя, которые создают напряжения изгиба в зубьях до 100 кг/мм2 и удельные давления между зубьями до 250 кг/мм2. Зубья шестерен рассчитываются на прочность для определения формы зуба и наизносостойкость. Для нахождения площади рабочей поверхности зуба. Валы рассчитываются на прочность при совместном действии изгиба и кручения. При этом определяется диаметр вала и расстояние между его опорами.

Шестерни и валы коробки передач должны иметь высокую прочность, поверхностную твердость и износостойкость. Материалом для них обычно служат малоуглеродистые стали с добавками хрома, молибдена, марганца. После цементации и закалки шестерни приобретают необходимые свойства.