I sin mest väsentliga form är kugghjulen runda, tandade anordningar som möjliggör omvandling av motorvarvtal till vridmoment. Kugghjul är antingen monterade på, eller är en del av, en växelaxel. Många av de vanligare kugghjulen kommer att ha ett hål i mitten, känt som ett hål, genom vilket växelaxeln monteras. När kugghjulsaxeln roteras roterar även kugghjulet.
Växelaxeln är i huvudsak växelns axel, vilket ger den rotation som gör att en växel kan kopplas in i och vrida en annan. Processen är ofta känd som växlingsreduktion och är avgörande för att överföra hästkrafter från motor till drivmekanism. Omvandlingen av motorvarvtal till vridmoment är det som ger drivkraften som driver till exempel hjulen på en bil. Genom växlarna och axlarna i en biltransmission kan motorn gå med konstant hastighet, medan autohjulen kan köras snabbare eller långsammare, eller till och med backa, med samma motorrotationsriktning och -hastighet.
Svänghjulet på den vanliga bilmotorn är anslutet till en växelaxel som monterar ett antal olika växlar. Genom horisontell rörelse av axeln är dessa huvudväxlar i ingrepp med och frikopplade från andra större och mindre växlar, också monterade på kuggaxlar. Dessutom är drivaxeln, som levererar kraft från växeln i en biltransmission till axeln och vidare till drivhjulen, ett mycket vanligt exempel på en växelaxel.
Kugghjulsaxlar kan också innehålla kuggar integrerade i axeln och blir därmed ett axelkugghjul. Sådana axlar med utväxling i varje ände kallas för korsande axeldrev. Koniska kugghjul och spiralväxlar korsar axeldrev. Ett bra exempel på denna typ av utväxling är en helikopterrotor. Ett vertikalt skärande axeldrev från motorn kopplar in ett eller flera horisontella axelkugghjul för att vrida rotorerna.
Samma princip gäller för en bil. Drivaxeln är ofta en axel vid transmissionsänden och ett korsande axeldrev vid differentialänden. Denna konfiguration gör att vertikal rörelse kan omvandlas till horisontell rörelse.
Några olika typer av kuggaxlar är excentriska axlar, kopplingsväxlar, splinesaxlar och kilaxlar. Kugghjul som används i en tung applikation kommer troligen att tillverkas av en robust metall. Andra material som används för att tillverka dessa axlar är kopparaluminium och plast. Den ursprungliga kugghjulsaxeln, vanligen påträffad med den medeltida slipskivan, var gjord av trä.