Polkupyörän aerodynamiikka on tutkimus ja käytäntö, jonka mukaan sekä polkupyöräilijä että itse polkupyörä saadaan mahdollisimman aerodynaamisiksi vähentämään tuulenkestävyyttä ja vetovoimaa ajon aikana. Aerodynamiikka on lähinnä ilman liikkeen tutkimus, ja polkupyörän aerodynamiikka keskittyy siihen, että ilma liikkuu tasaisemmin kuljettajan ohi, kun hän liikkuu suurilla nopeuksilla. Ratsastajan yli kulkevan ilman aiheuttama vetovoima voi hidastaa ratsastajaa alaspäin, mikä joskus tekee eron voiton ja tappion välillä kilpailussa. Vaatteet, kypärät ja polkupyörät on usein suunniteltu aerodynamiikkaa ajatellen.
Jotkut polkupyörän osat voidaan suunnitella siten, että vastus vähenee. Tämä polkupyörän aerodynamiikan osa on ehkä tärkein ja kallein käytäntö, koska itse polkupyörän runkoa muutetaan tai suunnitellaan usein siten, että vastus vähenee. Esimerkiksi hiilikuitukehykset voidaan muotoilla siten, että runkoputki auttaa ohjaamaan ilmaa pyörän ja ajajan ympärillä sen sijaan, että ilma törmäisi leveisiin pintoihin ja hidastaisi ajajaa. Pyörät voidaan myös muokata tai suunnitella vähentämään aerodynaamista vastusta; pyörien pinnat voidaan teroittaa, mikä tarkoittaa, että ne ovat litteitä kummallakin puolella. Kun pinnojen kapeimmat sivut suuntaavat tuuleen, vastus vähenee, koska ilma voi nopeasti liikkua pinnojen ohi sen sijaan, että törmäisi niihin.
Muita polkupyörän aerodynamiikkaan vaikuttavia tekijöitä ovat pyöräilyvaatteet, tarvikkeet ja ratsastaja itse. Kypärät on usein suunniteltu polkupyörän aerodynamiikkaa ajatellen, ja jotkut kypärät on suunniteltu erityisesti tiettyihin pyöräilytapahtumiin, kuten aika -ajoon, jossa ratsastajan on lähdettävä mahdollisimman nopeasti lyhyemmäksi ajaksi. Kypärä on yleensä sileä, ja siinä on siipi tai nokka, joka ulottuu taaksepäin ratsastajan selkärangan suuntaisesti, mikä auttaa ilmaa liikkumaan tehokkaammin ratsastajan pään ohi.
Pyöräilijä itse istuu usein tietyissä asennoissa vähentääkseen vastusta. Ratsastaja voi istua kädet ja hartiat sisäänpäin, jotta ilma ei tartu käsivarsiin tai rinnan leveimpään osaan. Ratsastaja voi usein ryntää eteenpäin pää alas laskettuna, jotta ilma osuu hartioihin ja rullaa selästä sen sijaan, että ilma osuisi rintaan.