Велосипед складається з рами, на яку кріпляться колеса, кермо з вилкою керма, що повертає переднє колесо, педалі на шатунах і сідло, зазвичай з амортизатором. Педалі крутять колесо через ланцюгову передачу, вал або ремінну передачу. Велосипед, також, обладнаний ручним чи ножним гальмом.

Багато велосипедів обладнані багажником, дзвінком, світловідбивачами (катафотами) (в Україні і багатьох інших країнах прийнято ставити білий відбивач спереду, червоний — ззаду, жовті — на колесах, червоні на педалях) чи ліхтариками (білий — спереду, червоний — ззаду) на батарейках чи міні-електрогенераторі. В багатьох країнах дзвінок чи ліхтарики є обов'язковими.

Велокомп'ютер підраховує швидкість і пройдену відстань.

Рама

Традиційно, велосипеди поділяються на чоловічі та жіночі. В жіночих велосипедах верхньої трубки або, взагалі, немає, або вона доходить лише до середини трубки, на якій знаходиться сідло, інакше сісти на такий велосипед в довгій спідниці було б дуже важко, а в короткій — дуже нескромно. (В кінці XIX століття, коли велосипеди увійшли в моду, суспільство строго ставилось до порушення пристойності)

В наш час поділ стерся, і велосипеди без верхньої трубки популярні серед обох статей тому, що на них зручніше сідати і в штанях.

З 1930-х років, рами стали робити з легованої сталі, а з 1980-х стали набувати популярності алюмінієві сплави. В більш дорогих моделях використовуються рами із сплавів титану чи вуглепластику (карбонові рами).

За формою традиційна рама має вид двох суміжних трикутників, менший з яких — це задня вилка. Основне навантаження несе на собі більший трикутник. Розмір рам класичної трикутної форми з горизонтальною верхньою балкою виміряється в сантиметрах і дорівнює довжині вертикальної опорної труби від осі ведучої шестерні до її верхнього зрізу. В Італії розмір дорівнює перпендикуляру, «опущеному» від ведучої осі на верхню горизонтальну трубу трикутника рами.

Останнім часом популярності набули так звані «Y-рами». Вони розповсюджені головним чином в гірських МТВ спортивних модифікацій та в юнацьких велосипедах классу City-MTB.

Інші компоненти

Дешеві велосипеди (а також майже всі дитячі) обладнуються однією ланцюговою передачею та муфтою обгону. Муфта обгону забезпечує передачу крутильного моменту на колесо лише в тому разі, коли швидкість на зірочці педалей перевищує швидкість на зірочці колеса. Дитячі, трекові та деякі інші велосипеди мають фіксовану передачу. Використовують також і інші види передачі — карданну, гідравлічну тощо.

В дорожчих велосипедах є перемикання швидкостей. Оскільки ноги розвивають максимальну потужність при певному зусиллі, перемикання швидкостей дозволяє використовувати силу м'язів ефективніше.

Двоколісний тандем «пліч-о-пліч»

Велосипеди бувають із ніжними гальмами, але зазвичай обладнуються ручним гальмом (частіше за все на обидва колеса, рідше — лише на заднє). При великій швидкості необхідно натиснути спершу заднє, а потім переднє ручне гальмо, інакше велосипед може перевернутись.

Іноді велосипед обладнується обома видами гальм для більшої безпеки.

Стійкість велосипеда пов'язана з гіроскопічним ефектом: колеса, що швидко крутяться важко нахилити. Велосипед (за тієї ж швидкості) тим стійкіший, чим більший радіус і маса коліс. З іншого боку, великі колеса ускладнюють рух і легко викривляються. Тому для руху дорогами, пішохідними і велосипедними доріжками, ліпшими є велосипеди з малими колесами, а для руху нерівними стежками — з великими. Велосипеди для дітей роблять з малими колесами.

Кермо на спортивних та туристичних велосипедах встановлюється на винос керма. Правильно підібраний винос дозволяє велосипедисту утримувати оптимальний нахил тулуба та зменшує виляння.