Nykyaikaisissa polkupyörissä keskiöratas, johon polkimet liittyvät, on yhdistetty ketjulla takarattaaseen. Vaihteiston avulla välitystä voidaan muuttaa niin, että matka, jonka pyörä yhdellä polkaisulla kulkee, joko lyhenee tai pitenee. Ketjuvaihteisto perustuu erikokoisten rattaiden käyttöön.
Vaihteisto voi olla joko avonainen ketjuvaihde tai umpinainen napavaihde. Vaihdevalikoima riippuu ratasmäärästä.
Ketju siirtää polkemisvoiman keskiörattaasta takarattaaseen. Lenkeiltään hammaspyöriin hyvin sopiva ja muutenkin kunnossa oleva ketju välittää 99 prosenttia energiasta. Ruosteinen, väljä ja voitelematon ketjuu toimii huonommin.
Rattaiden hammastus saa aikaan vaihteet. Jos keskiörattaassa on esimerkiksi 54 hammasta ja takarattaassa niitä on vain 27, takapyörä tekee jokaisella täydellä polkaisulla kaksi kierrosta. Erikokoisista rattaista syntyy jopa kymmeniä vaihdevaihtoehtoja.
Näin vaihteet toimivat
Kun pyöräilijä polkee, polkimien kammet pyörivät. Ne on kiinnitetty ulompaan keskiörattaaseen, jossa on enemmän hampaita kuin sisemmässä.
Vaihteenvalitsimella ketjun saa siirtymään keskiörattaalta toiselle. Siirtoa ohjaa etuvaihdin (a), joka pakottaa ketjun kulkemaan vaihteen käyttämälle rattaalle.
Takapyörän rataspakan kautta kulkeva ketju etsiytyy oikealle hammaspyörälle takavaihtimen (b) avulla. Kun ketju on siirtynyt rattaalle (c), kiristin huolehtii ketjun sopivasta kireydestä.