Hammaspyörä on yksinkertaisin ja yleisin vaihdetyyppi. Se on pohjimmiltaan levy, jossa on sarja yhtenäisiä hampaita, jotka ulkonevat ulkoreunaa pitkin. Hammaspyörää käytetään monissa jokapäiväisissä laitteissa, pienistä muovikappaleista tuulileluissa suuriin metalliversioihin, joita käytetään teollisissa pesukoneissa.
Minkä tahansa vaihteen tarkoitus on muuttaa moottorin nopeus laitteen toimintaan tarvittavaksi pyörimisvoimaksi tai vääntömomentiksi. Prosessi, jolla nopeus muutetaan vääntömomentiksi, tunnetaan vaihteen pienentämisenä, koska moottorin nopeus syötetään vaihteille ja sitä pienennetään ennen kuin se syötetään pyörivään laitteeseen. Vaihdesarjan pyörimisvoima kirjoitetaan yleensä suhteena.
Vähintään kahden vaihteen on toimittava yhdessä vaihteen pienentämiseksi. Pieni vaihde ja suurempi hammaspyörä asetetaan vierekkäin hampaidensa kanssa. Hammaspyörä on aina asennettava akselille, joka on yhdensuuntainen sen hammaspyörän akselin kanssa, jotta hampaat sopivat oikein. Muuntyyppiset vaihteet, kuten kierukka- ja kartiohammaspyörät, voivat toimia eri kulmista.
Pienempään hammaspyörään kiinnitettyä akselia pyörii moottori, joka kääntää vaihteen. Koska pienen hammaspyörän hampaat on lukittu suuremman hammaspyörän hampaisiin, ensimmäinen vaihde ei voi kääntyä kääntämättä myös kumppania. Tärkeä asia tässä on se, että koska ensimmäinen vaihde on pienempi kuin toinen vaihteisto, sen on käännettävä useammin kuin kerran, jotta toinen vaihde voi suorittaa täydellisen kierroksen. Siten moottorin nopeudesta tulee pyörimisvoima. Useiden vaihteiden sarjaa voidaan käyttää lisäämään vaihteiden vähentämistä entisestään.
Hammaspyörillä on etu verrattuna muihin vaihteisiin, koska ne ovat yksinkertaisia ja edullisia valmistaa. Ne voidaan valmistaa mistä tahansa kovasta materiaalista muovista teräkseen, mutta niillä on useita haittoja toiminnallisuuden suhteen. Kun kaksi hammaspyörää pyörii yhdessä, ne aiheuttavat paljon melua. Tämä johtuu siitä, että hampaat lyövät toisiaan nopeasti. Suurilla nopeuksilla hammaspyörät tuottavat vinkuvaa ääntä, minkä vuoksi ne eivät sovellu käytettäväksi laitteissa, joissa melu on huomioitava. Toinen hammaspyörien haittapuoli on, että ne on asennettava rinnakkaisille akseleille, mikä aiheuttaa tiettyjä suunnittelurajoituksia.