Une boîte de vitesses est un dispositif mécanique, ou plus généralement mécatronique, apparue semble t-il au xviiie siècle permettant d’adapter la transmission d’un mouvement entre un arbre moteur et un arbre récepteur. Utilisée dans de multiples contextes (machines-outils, transports routiers, etc.), son cas d’utilisation le plus fréquent est la transformation et la transmission de la puissance d’un moteur thermique aux roues motrices d’un véhicule.
En proposant plusieurs coefficients de réduction (ou de démultiplication), dénommés rapports de transmission, la boîte de vitesses est ainsi l’élément central qui adapte le couple moteur disponible, plutôt faible et souvent peu négociable, au couple nécessaire à la roue, souvent très variable en fonction des différentes situations dynamiques, pour vaincre les efforts résistifsN 1 au démarrage ou à l’avancement (variant suivant les conditions de roulage) du véhicule.
La plupart des boîtes de vitesses étant à rapports discrets, l’utilisation d’engrenages pour assurer les différentes démultiplications s’est imposée comme la solution la plus efficace. Les boîtes à commandes manuelles (les rapports sont égrenés par le conducteur), pilotées ou robotisées (un automate assure le passage des rapports) ou les boîtes automatiques (changement des rapports en fonction du régime moteur) utilisent ainsi respectivement des engrenages généralement à dentures hélicoïdales et des trains épicycloïdaux. Quelques concepts à variation continue (CVT et IVT) n’utilisant pas d’engrenages existent cependant, mais demeurent peu exploités à ce jour dans les transports sauf sur les cyclomoteurs et les scooters.

Ces efforts résistifs sont la somme des forces de résistances aérodynamiques, des forces de résistance au roulement et du poids du véhicule dans une pente.
↑ Le couple est lié à la puissance par la vitesse de rotation de la machine.
↑ Cette disposition des pignons fous et fixes sur leur arbre n’est pas universelle. Certains pignons