齒輪軸指支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。
根據軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據軸的承載情況，又可分為：
①轉軸，工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機械中常見的軸，如各種減速器中的軸等。
②心軸，用來支承轉動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉動，如支承滑輪的軸等。
③傳動軸，主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機移動機構中的長光軸、汽車的驅動軸等。
在設計中，齒輪軸的運用一般無外乎以下幾種情況：
1、齒輪軸一般是小齒輪（齒數少的齒輪）。
2、齒輪軸一般是在高速級（也就是低扭矩級）。
3、齒輪軸一般很少作為變速的滑移齒輪，一般都是固定運行的齒輪，一是因為處在高速級，其高速度是不適進行滑移變速的。
4、齒輪軸是軸和齒輪合成一個整體的，但是，在設計時，還是要盡量縮短軸的長度，太長了一是不利于上滾齒機加工，二是軸的支撐太長導致軸要加粗而增加機械強度（如剛性、撓度、抗彎等）。
在軸加工的整個工藝過程中，應安排足夠的熱處理工序，以保證齒輪軸力學性能及加工精度要求，并改善工件加工性能。
一般在軸毛坯鍛造后首先安排正火處理，以消除鍛造內應力，細化晶粒，改善機加工時的切削性能。