自転車の場合、人間の足（稀に手など）でクランクを回転させる力が原動力となる。原動機に比して回転は遅く、力（トルク）は大きい（ここで言う「トルクが大きい」とは、車体と積載物、そして乗員の重量を加速するのに要する力の比率を指す）。そこで、変速機を利用してクランクの回転角に対するホイールの回転角の比率を変換して必要な車輪の回転数とトルクを得る。
単に駆動系においてこの回転数変換を単一の機構で行う（シングルスピード）だけでは変速機とは呼ばず、何らかの人為的な操作によってこの回転数変換の比率を任意に変更する装置、機構を日本の自転車では一般に変速機と呼んでいる（欧米においてはこの意味での変速機がなくてもドライブトレイン・システム）として単速、多段変速にかかわらず包括的に呼称する。英語記事を参照）。
この機構を操作するための人間の変速動作を伝達する機構を指して、またはこれも含めた機構全体を変速機と呼ぶこともある。スポーツ自転車に多いが、操作部分のみを指して特にシフターまたはシフトなどと呼ぶことがある。自転車の場合、ある変速比に機構を維持する、すなわち位置決めの機能もこのシフターが受け持っている場合が多い。変速機構全体を電動で駆動するものも登場している。
歴史.
前史.
この頃の自転車はまだクランクと動輪が連動していた、つまりフリーホイール機構を持たないものであった。
フリーホイールの登場.
フリーホイールなしに変速機を構成したとすると、走行中に変速操作をしたとたんにクランクの回転数が突然変わるばかりか、変速機の歯車が破損する恐れもある。
また、後に登場するチェーン掛け替え型の外装変速機は逆回転でのトルクが原理上かけられないため、フリーホイールは不可欠となる。
この機構は自動車やオートバイにおけるクラッチ（ワンウェイクラッチ）の役割に相当し、スムーズな変速や滑らかな乗り心地、変速機の保護を実現している。
変速機の登場.
外装変速機の進化.