齿轮是轮缘上分布着许多齿的，能互相啮合的机械零件，相互啮合的齿轮可以传递运动和动力。
人类对齿轮的应用
人类使用齿轮的时间很长，古罗马时代，就采用齿轮机构作里程表，直到现在的里程表，很多还是采用这种原理。据中国的典籍记载，在东汉时期的水磨就采用了齿轮结构。有人推测，黄帝的指南车也采用了齿轮机构。在蒸汽机出现之前，人类的机械功率都很小，最多不过几马力，对动力传动机构的要求不高，齿轮发展很是缓慢。除了前面提到的例子，使用最多的就是机械式钟表，另外还有原始的机械计算器。
蒸汽机的出现掀开了工业革命的伟大篇章，人类从未如此深刻地感觉到人力的渺小。即使是今天，如果我们到大型的机械制造厂里面参观，机械动力的巨大力量仍然让我们感到震惊。动力的问题解决之后，机械机构的设计日新月异，齿轮也不例外。齿轮机构实际上是一种动力机构，基本的用途在于改变运动的速度和方向。相对于其他动力机构，齿轮能够传输的功率更大，安全性更高，使用寿命更长，因此在现代工业中得到了广泛的应用。
齿轮的发展
关于齿轮，据说在希腊时代就有了很多设想。希腊著名学者亚里士多德和阿基米德都研究过齿轮。大约在公元前150年，希腊著名的发明家古蒂西比奥斯在圆板工作台边缘上均匀地插上销子，使它与销轮啮合，他把这种机构应用到刻漏上，这可能是最早的齿轮应用。
在公元前100年，亚历山大的发明家赫伦发明了里程计，在里程计中使用了齿轮。公元1世纪时，罗马的建筑家毕多毕斯制作的小汽车式制粉机上也使用了齿轮传动装置。到14世纪，开始在钟表上使用齿轮。15世纪的大艺术家达·芬奇发明了许多机械，也使用了齿轮。但这个时期的齿轮与销轮一样，齿与齿之间不能很好地啮合。这样，只能加大齿与齿之间的空隙，而这种过大的间隙必然会产生松弛的现象。
后来，为了使齿轮啮合得精确，希望通过计算方法得到齿轮的形状。所以数学家们也参加了齿轮研究工作。1674年，丹麦天文学家雷米尔发表了关于制造齿轮的基准曲线（摆线）的论述。1766年，法国的数学家卡诺又发表了更详细的论述。1767年，瑞士数学家欧拉对渐开线原理发表了新的研究见解。1837年，英国的威列斯创造了制造渐开线齿轮的简单方法。这样，在生产中渐开线齿轮取代了摆线齿轮，应用日趋广泛。
齿轮的不同分类
齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等分类。
齿轮的齿形包括齿廓曲线、压力角、齿高和变位。渐开线齿轮比较容易制造，因此现代使用的齿轮中，渐开线齿轮占绝大多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较少。
在压力角方面，小压力角齿轮的承载能力较小；而大压力角齿轮虽然承载能力较高，但在传递转矩相同的情况下轴承的负荷增大，因此仅用于特殊情况。而齿轮的齿高已标准化，一般均采用标准齿高。变位齿轮的优点较多，已遍及各类机械设备中。