La boîte de vitesses est un mécanisme qui permet d'adapter la vitesse de rotation et le couple mécanique transmis par un moteur aux besoins de la machine ou du véhicule. Un moteur ne fonctionne efficacement que dans une certaine plage de vitesses. La boîte de vitesses permet donc de choisir le rapport de transmission le plus adapté selon que l'on souhaite démarrer, accélérer, gravir une côte ou rouler rapidement.

Le fonctionnement d'une boîte de vitesses repose sur plusieurs engrenages de tailles différentes. En sélectionnant un couple d'engrenages, on modifie le rapport de transmission. Une vitesse courte utilise un rapport élevé : les roues tournent moins vite que le moteur, mais reçoivent davantage de force. À l'inverse, une vitesse longue réduit le couple transmis mais permet au véhicule de rouler plus vite pour une même vitesse du moteur.

Lors du démarrage, le moteur doit fournir une force importante pour mettre le véhicule en mouvement. On utilise donc la première vitesse, qui multiplie le couple. Au fur et à mesure que la vitesse augmente, il devient possible de passer aux rapports supérieurs. Le moteur tourne alors moins vite pour une même vitesse du véhicule, ce qui réduit le bruit, l'usure et la consommation de carburant ou d'énergie.

Les boîtes de vitesses manuelles nécessitent l'utilisation d'un embrayage afin de changer de rapport sans endommager les engrenages. Dans les boîtes automatiques, cette opération est réalisée par des systèmes hydrauliques, électroniques ou électromécaniques qui choisissent eux-mêmes le rapport le plus adapté selon la vitesse, la charge du moteur et les conditions de conduite.

Il existe plusieurs types de boîtes de vitesses. Les boîtes manuelles sont simples, robustes et économiques. Les boîtes automatiques offrent davantage de confort. Les boîtes robotisées utilisent un embrayage commandé automatiquement, tandis que les boîtes à variation continue (CVT) ne possèdent pas de rapports fixes mais adaptent en permanence le rapport de transmission grâce à des poulies à diamètre variable et une courroie ou une chaîne spéciale.

Les boîtes de vitesses ne sont pas réservées aux automobiles. On les retrouve dans les camions, les tracteurs, les motos, les vélos à vitesses, les grues, les machines agricoles, les éoliennes et de nombreuses machines industrielles. Leur rôle est toujours le même : adapter la vitesse et la force en fonction du travail à effectuer.

Pour fonctionner correctement, une boîte de vitesses doit être parfaitement lubrifiée. L'huile réduit les frottements, limite l'usure des engrenages, refroidit les pièces et évacue les petites particules métalliques produites par l'usure normale. Un manque de lubrification peut entraîner une dégradation rapide du mécanisme.

Les boîtes de vitesses modernes sont le résultat de nombreuses années de progrès en mécanique. Grâce à elles, les moteurs fonctionnent dans de meilleures conditions, les véhicules consomment moins d'énergie et les machines accomplissent leur travail avec davantage d'efficacité et de précision.