사람의 힘으로 바퀴를 회전시켜 움직이는 2륜차. 발로 밟는 힘을 페달·크랭크 기구·체인을 거쳐 뒷바퀴에전달하게 되어 있다. 주행상태에 따라 변속비(變速比)를 바꾸게 된 것도 있다.

【기본 구조】 앞바퀴는 조향, 뒷바퀴가 구동식이고 탄 사람의 발의 힘을 크랭크기구로 회전력으로 바꾸어 큰 스프로킷에 물려 있는 체인으로 뒷바퀴에 전달하며, 앞뒤 바퀴에 독립적으로 작동되는 수동식 브레이크가 있다.

프레임은  삼각형을 2개 합한 것과 같은 모양으로 파이프로 연결한 것이고, 파이프는 바깥지름 25.4∼28.6 mm, 두께 1∼1.4 mm의 저탄소강관 또는 고장력강관으로 되어 있다. 또 특수강관인 경우에는 강관을 0.4∼1.0 mm의 얇고 가벼운 재료를 프레스가공한 것이거나 가단주철로 된 연결부에 끼우고 황동용접이나 경납땜하여 만든다.

또는 연결부를 사용하지 않고, 직접 파이프만을 저온용접하거나 다이캐스트 가공으로 고정하여 틀을 형성하기도 한다. 어느 경우이든 방수피막(防銹被膜)을 씌운 다음 도장한다. 안장이 설치되는 세로 파이프 부분의 길이를 프레임치수라 부르고 자전거의 크기를 나타낸다.

타는 사람의 다리 길이에 적합한 치수의 프레임을 선정하는 것이 중요하다. 보통 26이라든가 24라고 하는 것은 바퀴의 바깥지름을 인치로 부르는 것이다. 앞포크는 헤드파이프 상하에 있는 볼베어링을 사이에 두고 좌우를 회전할 수 있게 되었고 차종에 따라 그것에 알맞게 구부러져 있다. 이 굽음의 값과 헤드파이프의 노면에 대한 경사각(카스터각) 및 앞바퀴타이어의 복원력으로 차의 안정성·조향성이 좌우된다.

앞포크의 2개의 다리 사이에 앞바퀴가 지지된다. 바퀴의 중심부에 자전거 특유의 컵콘형(cup and cone type)이라고 부르는 베어링을 좌우에 둔 허브(hub)가 있다. 타이어가 끼워지는 금속제의 림은 허브의 바깥둘레에 있는 구멍에 접선방향으로 끼워진 36개(또 32개·40개)의 와이어스포크(wire spoke)에 의해 조립되어 있다. 이 림의 바깥둘레에는 타이어가 끼워지고, 림과 타이어는 반드시 동일 형식·치수의 것을 조합하여 사용하여야 한다.

조합방식에 따라 형식이 다르며, 스포츠용을 비롯하여 널리 사용되고 있는 것은 비드와이어식 타이어와 림이며 W/O형이라고 부른다. 실용형·경쾌형의 일부에서는 중량이 큰옛날식의 타이어와 림을 사용하고 있다. 이 형식은 B/E형이라고 부른다. 앞뒤 바퀴의 허브축은 각각 앞포크와 뒤포크의 앞끝에 고정되며, 차체·탄사람·화물중량 등은 이 2개의 축에 의해 지지된다.

타이어는 그 트레드패턴(tread pattern)이 각각의 용도에 맞도록 여러 가지로 되어 있으며 스포츠용에는 500 g 이하의 가벼운 것을 사용하고 있다. 튜브는 공기샘이 적은 부틸고무제가 대부분이며, 자동차밸브의 구조와 조금 다른 밸브를 사용한다.

자전거 타이어에는 튜브리스 타이어가 없다. 표준적인 치수는 26×13/8이고 여행용은 이보다 두꺼운 27×1/4이 사용된다. 경주용의 타이어와 림은 일반용과는 전혀 다른 구조로 되어 있으며, 파이프 모양의 경합금의 림에 튜브를 안에 꿰매어 넣은 것과 같은 관(管) 모양의 타이어를 시멘트로 접착시키게 되어 있다. 조향 핸들은 강관 또는 경합금제이며, 차종에 따라 그 모양이 다르게 되어 있다.

조향핸들의 크기는 타는 사람의 어깨 폭에 맞는것이 바람직하다. 조향핸들은 앞포크의 스템(stem)의 내부에 끼워지고 견고하게 고정된다. 또 상용 속도(常用速度)가 높은 차종일수록 앞으로 경사자세를 취할 수 있는 모양의 것이 좋다. 그것은 주행 속도가 빠른 것일수록 필요동력이 크기 때문에 페달의 회전피치를 올려야 하며, 또 그렇게 하려면 안장의 위치를 앞쪽으로 이동시키지 않으면 안 되므로 이에 대해서 조향핸들의 상대 위치를 앞쪽으로 옮기기 위해서이다.

안장은 종류에 따라 적당한 치수와 모양으로 되어 있으며, 가죽을 가공한 것이거나 플라스틱을 성형한 것을 베이스에 설치한 구조로 되어 있다, 또 상용속도가 낮은 것일수록 폭이 넓고 스프링작용이 좋은 것을 사용하고, 속도가 빠른 것일수록 폭이 좁고 스프링작용이 적은 것을 사용한다. 이것은 안장 위치를 속도가 빠른 것일수록 앞쪽으로 이동시켜야 하므로 다리가 쏠리지 않도록 하고 또 페달반력이 커지기 때문에 스프링이 필요하지 않게 되기 때문이다.

자전거에는 유효하게 작동되는 브레이크가 필요하다. 보통의 자전거 브레이크는 림의 안쪽 또는 옆쪽에서 브레이크 블록이 림을 압착하는 방식의 림브레이크를 사용하고 있다. 브레이크 제어에는 로드식과 케이블식이 있는데 어느 것이나 하나를 사용한다. 또 스포츠용에 사용되고 있는 캘리퍼브레이크(caliper brake)는 바퀴를 착탈하기가 쉽고, 케이블식이어서 조향핸들의 교환이나 위치 조정을 쉽게 할 수 있는 이점이 있다.

브레이크레버는 사용되는 조향핸들에 따라 그 형상이 다르다. 페달은 사용하는 신의 폭에 맞도록 하는 것이 원칙이나 차종에 따라 모양과 치수가 다르다. 일상용은 고무가 붙어 있는 것, 스포츠용은 금속제의 것, 경주용에는 폭이 좁은 것이 사용된다. 왼쪽 페달은 헐거워지는 것을 막기 위해 왼나사로 크랭크에 고정되어 있다.

크랭크는 단조의 강제 또는 경합금제이고 크랭크축에 코터핀으로 고정되어 있다. 그 길이는 다리 길이에 맞는 것이 바람직하며, 너무 길면 근육의 수축 운동, 뼈의 움직임으로 보아 오히려 좋지 않다. 보통 165 mm의 것이 사용되나 실용형에는 178 mm의 것이 쓰인다.

체인스프로킷과 뒤차축스프로킷의 치수비(齒數比)를 기어비라고 부르며, 이 비에 따라 페달의 회전과 뒷바퀴와의 회전비 및 토크비가 달라진다. 뒤차축 스프로킷은 강 또는 경합금제이고, 1개로 된 것과 치수가 다른 2∼3개를 적당한 간격을 두고 겹치게 한 더블스프로킷·트리플스프로킷 등이 있고, 이들은 멀티플프리휠과 조합하여 8∼15 속도단의 변속기구로 하여 스포츠용에 사용되기도 한다.

자전거용 체인으로는 롤러 체인, 호칭 치수 1/2×1/8이 사용되고, 8∼15 속도단의 변속기구가 있는 스포츠용에는 이보다 폭이 좁은 1/2×3/32의 것이 사용된다. 변속기구는 도로의 상황·풍속·속도 등 그 때의 주행조건에 가장 적합한 기어비를 선택하여 가장 효율 좋게 주행하기 위해 기어비를 바꾸는 장치이며, 뒷바퀴의 허브 내부에 유성기어장치를 조립한 허브기어식과 프리휠에 치수가 다른 스프로킷 2∼6개를 설치하고 체인을 옮겨 끼우게 된 디레일러식의 2가지가 사용되고 있다.

【주행 원리】 자전거가 넘어지지 않고 주행할 수 있는 최대의 이유는 탄 사람이 평형을 무의식중에 잡기 때문이다. 기계로서는 앞바퀴부의 카스터각, 포크오프셋, 타이어의 사이드포스를 비롯하여 앞바퀴의 중량효과 등, 자전거의 안정성이나 진로유지성의 한 역할을 하는 것이 있으나 탄 사람의 피드백기능이 가장 크다.

【속도】 기어비를 크게 하면 페달 1회전으로 나아가는 거리가 커져 큰 속도를 낼 수 있다고 생각하기 쉬우나 주행속도＝필요출력/주행저항의 관계가 있어 주행저항, 특히 공기저항은 속도의 제곱에 비례하여 커지므로 속도를 크게 하려면 탄 사람이 낼 수 있는 힘이 커야 한다. 보통 성인이 낼 수 있는 출력은 0.8 hp로 10초 정도, 중학생인 경우에는 0.3 hp로 20초 정도이다. 60 km/h의 속도를 내려고 하면 약 1.2 hp이 필요하다고 한다. 공기저항만 없으면 상당한 속도를 낼 수 있으며, 1962년 프랑스의 J.메이프레가 특수한 바람막이를 설치한 경주용 자동차의 뒤를 달려 시속 240 km(1 km 구간)의 경이적인 기록을 세웠다.

【이용】 소득 수준이 높은 나라일수록 자동차의 보유율이 높은 것은 물론이지만, 동시에 자전거의 보유율도 높으며 주된 용도는 레저용이다. 개발도상국에서는 운반용 등 실생활에 주로 사용된다. 선진국에서는 자전거나 자동차의 안전주행을 위해 자전거도로를 두고 있고 한국에서도 그러한 방향을 취하고 있다. 자전거도로에는 간선 도로에서의 자동차의 안전운전을 확보하는 데 목적을 둔 것, 좁은 도로에서 자동차·자전거 양자의 공존을 도모하는 것, 자전거만을 통행시키는 레크리에이션적인 것 등이 있다.