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La caja de cambios es un mecanismo de engranajes que permite cambiar la relación entre la velocidad a la que gira el motor y la velocidad a la que giran las ruedas.

Cuanto más baja la velocidad de las ruedas en relación a la del motor, mayor la fuerza y menor la velocidad. El mejor ejemplo para ilustrarlo es la palanca: una palanca larga requiere un recorrido largo del brazo para un recorrido corto de la parte que levanta el peso. A medida que se acorta el brazo de la palanca se levanta el peso más rápido pero requiere más fuerza.

Cuanto mayor el número de cambios, más opciones tiene el piloto para escoger la relación más conveniente; para acelerar requiere más fuerza y puede bajar el cambio, para alcanzar una velocidad más alta requiere un cambio más largo. Por esta razón los automóviles de competencia tienen un mayor número de cambios. Hoy la mayoría de las cajas automáticas tienen 5 cambios, en algunos casos 6 o más, pero hay que tener en cuenta que cada cambio adicional representa un mayor costo, mayor volumen y peso de caja. Una opción usada con creciente frecuencia es la caja “continuamente variable” que en lugar de tener un número determinado de engranajes tiene un engranaje cónico que disminuye de diámetro, a lo largo del cual se desplaza otro engranaje. Esto permite variar gradualmente la relación entre el engranaje propulsor y el que eventualmente mueve las ruedas.

En términos generales, a mayor número de cambios mayor el control que tiene el piloto sobre la relación entre motor y las ruedas y la posibilidad de aprovechar el torque máximo para mantener la aceleración. En la práctica son pocas las ocasiones en las que un piloto aprovecha una caja manual de 6 cambios, siendo más útil esta cantidad de cambios cuando la caja es automática. En todo caso, el mayor número de cambios cuesta más. Una ventaja de tener una sexta muy larga es que permite mantener una velocidad mayor a menos revoluciones del motor, lo cual ahorra combustible.