Uma caixa de câmbio consiste em dois componentes principais: o mecanismo de transmissão de-velocidade variável e o mecanismo de controle de mudança. A função principal do mecanismo de transmissão é alterar a magnitude e a direção do torque e da velocidade de rotação; a principal função do mecanismo de controle é governar o mecanismo de transmissão, permitindo assim alterações na relação de transmissão da caixa de câmbio-ou seja, executar mudanças de marcha-para atingir as variações desejadas em velocidade e torque.

As caixas de engrenagens do tipo{0}}simples oferecem as vantagens de alta eficiência, construção simples e facilidade de uso; no entanto, eles apresentam um número limitado de marchas e uma faixa estreita de relações de transmissão (resultando em uma faixa limitada de força de tração e velocidade do veículo). Conseqüentemente, eles são adequados apenas para uso em determinados veículos onde um número limitado de marchas é aceitável. Se alguém tentasse expandir a faixa de relações de transmissão dentro de uma caixa de engrenagens do tipo -simples, isso resultaria em um aumento nas dimensões gerais da caixa de engrenagens e em uma ampliação da extensão do eixo. Para aumentar o número de engrenagens sem fazer com que a extensão do eixo se torne excessivamente grande, uma caixa de engrenagens do tipo composto-pode ser empregada. Uma caixa de engrenagens do tipo-composto normalmente consiste em uma combinação de duas caixas de engrenagens do tipo-simples; destas, a unidade com maior número de marchas é denominada caixa de câmbio principal, enquanto a unidade com menos marchas é denominada caixa de câmbio auxiliar.

As caixas de velocidades mecânicas utilizam principalmente o princípio da redução da velocidade através da transmissão por engrenagens. Simplificando, uma caixa de velocidades contém vários conjuntos de pares de engrenagens, cada um possuindo uma relação de transmissão distinta. O ato de mudar de marcha enquanto um veículo está em movimento envolve o uso do mecanismo de controle para engatar pares de marchas específicos dentro da caixa de câmbio. Por exemplo, em baixas velocidades do veículo, um par de engrenagens com uma relação de transmissão elevada é engatado, enquanto que em velocidades elevadas do veículo, um par de engrenagens com uma relação de transmissão baixa é engatado.