轮轴的原理是：轮轴是固定在同一根轴上的两个半径不同的轮子构成的杠杆类简单机械。

轮轴的实质是可以连续旋转杠杆。使用轮轴时，一般情况下作用在轮上的力和轴上的力的作用线都与轮和轴相切，因此，它们的力臂就是对应的轮半径和轴半径。由于轮半径总大于轴半径，因此当动力作用于轮时，轮轴为省力费距离杠杆。实际的例子有：自行车脚踏与轮盘是省力轮轴。当动力作用于轴上时，轮轴为费力省距离杠杆。实际的例子有：自行车后轮与轮上的飞盘、吊扇的扇叶和轴都是费力轮轴的应用。