齒輪可以根據齒形、齒輪形狀、齒線形狀、齒面和制造方法進行分類。

齒輪的齒廓包括齒廓曲線、壓力角、齒高和位移。漸開線齒輪容易制造，所以漸開線齒輪在現代齒輪中占大多數，而擺線齒輪和圓弧齒輪很少使用。

壓力角方面，小壓力角齒輪承載能力??；而壓力角大的齒輪承載能力更高，但在相同的傳遞扭矩下軸承的載荷加大，所以只在特殊情況下使用。但齒輪的齒高已經標準化，一般采用標準齒高。變位齒輪有很多優點，已經應用于各種機械設備中。

另外，齒輪根據形狀可分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條和蝸輪；按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲齒輪；根據齒輪齒所在的面，分為外齒輪和內齒輪；按制造方法可分為鑄造齒輪、切削齒輪、滾動齒輪、燒結齒輪等。

齒輪的制造材料和熱處理工藝對齒輪的承載能力、尺寸和重量有很大影響。50年代以前，齒輪用碳鋼，60年代用合金鋼，70年代用表面淬火鋼。根據硬度，齒面可分為軟齒面和硬齒面。

軟齒面齒輪承載能力低，但制造容易，磨合好。它們多用于傳動尺寸和重量不限、產量小的一般機械。由于小輪在成對齒輪中承受著沉重的負擔，為了使大小齒輪的工作壽命大致相等，小輪的齒面硬度一般比大輪高。

硬齒齒輪承載能力高。在齒輪被精細切割后，它們被淬火、表面淬火或滲碳以提高它們的硬度。但是，在熱處理過程中，齒輪不可避免地會發生變形，所以熱處理后須進行磨削、磨削或精切，減小變形帶來的誤差，提高齒輪的精度。