Beim Auto treibt der Motor das Fahrzeug an, beim Fahrrad ist es der Mensch. Um die Antriebsenergie optimal in Vortrieb umzusetzen ist das Auto mit einem Getriebe ausgerüstet, das Fahrrad mit einer Gangschaltung. Grundsätzlich unterscheidet man beim Fahrrad zwischen der Nabenschaltung und der Kettenschaltung.
Die Übersetzung bei einem Fahrrad ohne Gangschaltung wird durch die Größe des Kettenrades und des Ritzels bestimmt. Ist das Kettenblatt größer als das Ritzel, spricht man von einer Übersetzung, im umgekehrten Fall von einer Untersetzung. Je größer die Übersetzung, umso schwerer fällt das Kurbeln, umso größer ist aber die zu erreichende Geschwindigkeit. Fahrräder mit nur einer Übersetzung sind bei sich ändernden Bedingungen (bergauf, bergab, starker Wind) nur noch mit große Mühe oder im extremen Fall gar nicht mehr fahrbar.
Die Kettenschaltung ist das ältere Schaltungssystem am Fahrrad. Bei den ersten Rädern mit veränderbarer Übersetzung war das Hinterrad mit zwei Ritzel ausgestattet, eines auf jeder Seite der Nabe. Wollte der Fahrrer die Übersetzung ändern, so musste er das Hinterrad ausbauen, und es umgedreht wieder einbauen. Mit diesem "System" haben Sportler früher sogar die Tour de France bewältigt.
In den späteren Jahren wurde das Schalten komfortabler. Ritzel unterschiedlicher Größe wurden in einem Paket auf einer Seite der Nabe angebracht, das Wechseln der Kette übernahm das Schaltwerk. Bis in die 1980iger Jahre hatte die Kettenschaltung aber den Ruf, sich ungenau schalten zu lassen, den Fahrer mit abspringender Kette zu plagen und mit ständig rasselnder Kette zu laufen.
Vor allem dem Boom des aufkommenden Mountainbikes und dessen starker Innovationskraft ist es zu verdanken, dass die Funktion der Kettenschaltung stetig verbessert wurde und diese Bauart der Fahrradschaltung heutzutage nahezu perfekt funktioniert. Die speziell ausgearbeitete Form der Ritzel, Kettenblätter und die Formgebung der dazu gehörigen Ketten bieten einen extrem genauen Schaltvorgang. Schalthebel mit genau definierten Abläufen gewährleisten, dass der gewünschte Gang auch exakt angesteuert wird und der gesamte Schaltvorgang innerhalb einer 1/3 Kurbelumdrehung abgeschlossen ist. Vorraussetzung für den Schaltvorgang ist allerdings, dass sich das System aus Kurbel, Ketten und Ritzel bewegt. Ein Schalten im Stand ist daher nicht möglich.
Je nach Fahrradtyp werden an der Kurbel bis zu 3 Kettenblätter verbaut, das Ritzelpaket wird mit bis zu 11 Ritzeln versehen. Daraus ergeben sich theoretisch 33 verschiedene Kombinationen, aber nicht 33 verschieden Übersetzungen(Gänge). Das liegt daran, dass einige Kombinationen die gleiche Übersetzung ergeben. Außerdem sollten einige Kettenstellungen nicht verwendet werden, da die Kette in diesen Stellungen zu schräg läuft und es zu erhöhtem Verschleiß und hoher Geräuschentwicklung kommen kann. Die Kette wird an der Kurbel mit dem Umwerfer gewechselt, an den Ritzeln ist das Schaltwerk zuständig. Die Vorteile der Kettenschaltung sind das niedrige Systemgewicht, vor allem aber die veränderbaren Übersetzungen. Da die Kettenblätter und die Ritzelpakete gewechselt werden können, ist es dem Fahrer möglich, je nach Einsatzgebiet und Leistungsfähigkeit die passende Übersetzung anzubauen. Der Wirkungsgrad der Kettenschaltung ist durch die geringe Reibung innerhalb des Systems sehr hoch. Nachteil der Kettenschaltung ist der erhöhte Pflegeaufwand. Das gesamte System muss sauber gehalten und sehr regelmäßig geschmiert werden, da es vor äußeren Einwirkungen nur ungenügend geschützt ist. Radfahrern, die sich an eine Rücktrittbremse gewöhnt haben, fällt es außerdem oft schwer, sich an den Freilauf der Nabe und somit der fehlenden Rücktrittbremse zu gewöhnen.
Der Einsatzbereich für die Nabenschaltung war traditionel dem Touren- und dem Stadtrad vorbehalten. Die berühmte Torpedo 3-Gang von Fichtel und Sachs ist wohl jedem Radfahrer ein Begriff und wurde in den letzten Jahrzehnten millionenfach verbaut. Nachdem sich aber auch die japanischen Techniker von Shimano aber vor allem der deutsche Ingenieur Rohloff der Nabenschaltung angenommen haben, ist die technische Entwicklung dieser Fahrradschaltung mit großer Schritten vorangetrieben worden.
Das Grundprinzip ist bei allen Nabenschaltungen gleich. Ein oder mehrere Planetengetriebe sind kompakt in der Hinterradnabe untergebracht. Je nachdem, wie das Getreibe abgesteuert wird, enstehen verschiedene Über- bzw. Untersetzungen. Aus den ursprünglichen 3 Gängen sind im Laufe der Jahre 5, 7, 8 oder gar 14 Gänge bei der Rohloff Nabe geworden. Nabenschaltungen sind daher inzwischen auch an Trekking- und Reiserädern sowie an Mountainbikes zu finden.
Die Naben lassen sich sehr leicht schalten und die Übersicht, welcher Gang eingeschaltet ist, behält auch ein Fahranfänger oder wenig technisch versierter Radfahrer. In der Regel haben komfortable Drehgriffschalter die Schalthebel abgelöst. Anders als bei der Kettenschaltung sind die Überrsetzungen der einzelnen Gänge durch das Getriebe festgelegt. Individuelle Anpassungen lassen sich nur im geringen Maße durch das Wechseln des Kettenblattes und/oder des Ritzels durchführen. Systeme, bei denen Naben- und Kettenschaltungen kombiniert werden, haben sich am Markt nicht durchgesetzt. Ein Gangwechsel ist bei der Nabenschaltung auch im Stand möglich, was gerade im Stadtverkehr sehr komfortabel ist. Neben dem klassischem Rücktritt gibt es Nabenschaltungen auch mit einem Freilauf, so dass sie auch mit leistungsstarken Bremsen kombiniert werden können.
Ein großer Vorteil der Nabenschaltung ist die einfache Wartung des Systems. Da das Getriebe in einem Ölbad läuft oder werksseitig mit einem dauerhaftem Fettpolster versehen ist, ist es nahezu wartungsfrei. Das System ist komplett von der Außenumgebung abgekapselt und somit bestens gegen Schmutz, Nässe und auch vor Beschädigungen geschützt. Da das Kettenblatt und das Ritzel genau in der Flucht stehen, kommt es nicht zu einem Schräglauf der Kette und somit zu deutlich längeren Standzeit wie bei einer Kettenschaltung. Kette, Kettenblatt und Ritzel können sehr gut abgedeckt oder sogar gekapselt werden. Dadurch sind auch die äußeren Bauteile des Antriebes sehr gut geschützt, außerdem kann sich der Fahrer nicht verschmutzen.
Nachteile der Nabenschaltung sind die erwähnt begrenzten Anpassungen der Übersetzungen und das relativ hohe Gewicht der Naben. Im sportlichen Einsatz kann der relativ schlechte Wirkungsgrad eine Nabenschaltung, bedingt durch die innere Reibung, als störend oder gar leistungsmindernd empfunden werden.