A belsőégésű motor fordulatszáma, illetve fordulatszám-tartománya kötött. Egy bizonyos fordulatszám alatt (alapjárat: 400...600/min) képtelen magát forgásban tartani, a legnagyobb fordulatszáma pedig az alsó üzemi fordulatszám (800...1200/min) többszöröse ugyan, de korlátozott. Évtizedekig ez a szorzószám 2 - 3 volt, amihez 2000...3000/min fordulatszám tartozott. A mai korszerű szériamotorok maximális fordulatszáma 5000/min (dízel), illetve 6000/min (benzines) körül van. Speciális járművekhez, pl. versenyautókhoz kifejleszettek 16 000/min fordulatszámú motorokat is.

A motor fordulatszáma azonban sokszorosa a hajtandó kerekek fordulatszámának, ezért fordulatszám-csökkentő (s lehetőleg egyben nyomaték-növelő) áttételre van szükség.

Az ábra felső diagramja a motor nyomatéki karakterisztikáját mutatja a fordulatszám függvényében. Nincs szükség a görbe újrarajzolására akkor, ha a hajtott kerékre kimenő nyomatékot, vagy a keréken jelentkező vonóerőt akarjuk bemutatni: mindkettő egyszerű matematikai művelettel kiszámítható a motor nyomatékából a kiválasztott i áttétel figyelembevételével, majd a kapott értékeket új léptékű skálára írjuk fel. Ugyanígy kiszámítható, illetve skálázható a motor fordulatszámából a hajtott kerék fordulatszáma, illetve a jármű sebessége.

A második ábrán látható a hajtott kerék fordulatszámának (illetve a jármű sebességének) a változása a motor fordulatszámának a függvényében háromféle áttétel esetén. Mivel az áttételek konstansok, a karakterisztika ("fűrészdiagram") egyenesekből áll. Pontozott vonal mutatja a sebesség alakulását a motor üzemi fordulatszám-tartománya alatt. Ezt a tartományt általában a tengelykapcsoló csúsztatásával hidaljuk át. 

A legnagyobb áttétel (I sebességfokozat, legalsó egyenes) esetén az a pontból elindulva a maximális motorfordulathoz is csak szerény járműsebesség tartozik. Ha ennél gyorsabban akarunk haladni, akkor a tengelykapcsoló nyitása után ki kell cserélni az áttételt valamivel kisebb értékre, majd zárjuk a tengelykapcsolót: a diagramon vízszintesen visszacsúszunk a II egyenesig. Ezt elvileg megtehetjuk a rózsaszínű mezőben bárhol, leghamarabb e motorfordulatszámnál, legkésőbb a maximális motorfordulatszámnál. Mi a b fordulatnál váltottunk áttételt (fekete vonal), így a motor fordulatszáma c értékre csökkent. A gázpedálra lépve megint növelni tudjuk - a motor fordulatszámával együtt - a jármű sebességét egy újabb "maximális" sebességig. Ha ez sem elég, akkor bárhol a második rózsaszínű mezőben visszacsúszva, újabb (III) fokozatot kapcsolhatunk be (a rajzon ezt d motorfordulatszámnál hajtottuk végre, minek következtében a motorfordulatot e-ről növelhetjük a sebesség növelése érdekében).

A harmadik ábra az elsőt ismétli meg azzal a különbséggel, hogy nem egy, hanem három - különböző - áttételhez rajzoltuk meg a kerékre kifejtett forgatónyomatékot, illetve vonóerőt a sebesség függvényében. Ugyanide berajzoltuk a menetellenállás (útellenállás + légellenállás) diagramját is, ami megmutatja, mekkora lehet a gépjármű legnagyobb sebessége (amikor "elfogy" a gyorsításra rendelkezésre álló vonóerő). Aki kíváncsi a dinamikai számítás módszerére, megnézheti itt. (Utána ablakot bezárni!)

A "sebességváltó" tehát nem is annyira sebességet vált, hanem áttételt, sebesség-fokozatot. E célra hosszú évtizedeken keresztül kézi kapcsolású fogaskerekes váltóműveket alkalmaztak, majd megjelentek az automatikus (elsősorban hidromechanikus, azaz bolygóművekkel és hidrodinamikus nyomatékváltóval épített), majd a fokozatnélküli (mechanikus, hidrosztatikus) sebességváltók, az utóbbi időben pedig divatba jöttek az automatizált kapcsolású és a kettős tengelykapcsolójú sebességváltók.

A kézi kapcsolású váltóművekben a különböző méretű fogaskerék-párok közötti válogatással kapjuk a különböző áttételeket. Két fő típusa terjedt el. Az egyikben csak két tengely (a be- és a kimenő) található, a másikban van egy harmadik is, az ún. előtét-tengely. A második előnye az elsővel szemben, hogy valódi "direkt" is kapcsolható benne, vagyis a ki- és a bemenő tengely 1:1-es áttélele esetén a két tengely közvetlenül van összekötve, egyetlen fogaskerék sem vesz részt az erőátvitelben (mindegyik szabadon foroghat).

A kiválasztott fogaskerék-párok bekapcsolására két féle mód lehetséges. Sokáig a kapcsolandó fogaskeret bordázott tengelyre rakták, s kapcsoláskor egyszerűen eltolták a párjához, hogy fogazatuk egymásba csússzon. 

Viszonylag hamar megjelentek az állandó kapcsolatban álló fogaskerék-párok: az egyik fogaskerék szabadon forgott a tengelyén mindaddig, míg valamilyen kapcsolóval nem rögzítették a tengelyéhez. A kapcsoló általában a bordázott tengelyen eltolható hüvely volt, aminek a végén fogakat, "körmöket" alakítottak ki, s ezek bele tudtak kapaszkodni a kapcsolandó fogaskerék oldalán kialakított hasonló körmökbe (alakzáró tengelykapcsoló). 

Ilyen típusú  3+H fokozatú sebességváltó elvi vázlata látható a bal oldali ábrán. Természetesen a többfokozatú váltók felépítése igen nagy változatosságot mutat. Nézzük meg működését egy filmecskén.

A jobb oldali sebességváltó például további két áttételi fokozat kapcsolását teszi lehetővé: bal oldalon van a T terepfokozat, a másik oldalán a Gy gyorsmeneti fokozat fogaskerék-párja (a kinenő tengelyen csigahajtás-féle van, ahová a sebességmérő "spirálja" csatlakozik). 

Az utóbbiról annyit, hogy sokan "gyorsító" fokozatnak hívják, pedig pont gyorsításra nem való. 

Ezt olyankor érdemes használni, amikor tartósan megyünk nagy sebességgel (amihez "direkt"-ben nagy motorfordulatszám tartozna), a gyorsmeneti fokozatot bekapcsolva jelentősen csökken a motor fordulatszáma. Ha ilyenkor gyorsítani akarunk, például előzés céljából, bizony vissza kell kapcsolni a "direkt"-be.

A tolóhüvelyes kapcsoló (vagy a tolókerék) csúsztatásakor az eltérő fordulatszámú elemek találkozása legtöbbször recsegéssel jár, ami természetesen a körmök (fogazat) roncsolását (is) jelenti. Ezért az alakzáró kapcsolót kiegészítették valamilyen szinkronizáló szerkezettel, ami gyakorlatilag a körmös kapcsolóval párhuzamosan bekötött súrlódásos (kúpos) tengelykapcsolócska. Ez - méreténél fogva - csak akkora nyomatékot tud átvinni, ami elegendő a tehetetlensége miatt gyorsabban forgó, vagy - visszakapcsoláskor - a lassabban forgó, terheletlen alkatrész összefékezéséhez. De találkozhatunk olyan konstrukcióval is, amiben tolóhüvely már nincs, hanem a surlódásos tengelykapcsolót úgy méretezik, s úgy alakítják ki, hogy az képes a motor nyomatékát átvinni (soklemezű, hidraulikával vagy elektromágnessel zárható tengelykapcsoló). 

Érdekes kapcsolási mód látható a bal oldali ábrán: a (kék) bejövő tengelyen szabadon forognak a fogaskerekek mindaddig, míg a cső belsejében lévő pálcával, illetve az azon lévő megvastagított szakasszal a valamelyik golyót be nem szorítjuk a hozzá tartozó fogaskerék megfelelően kialakított hornyába (a rajzon a III. fokozatéba).

Ezek után nézzük meg az egyes szerkezeti elemek  szerkezeti kialakításait .