Les freins de vélo sont utilisés pour ralentir ou arrêter complètement un vélo et se répartissent en trois catégories différentes: jante, tambour et disque. Les trois types fonctionnent en appliquant une friction sur une partie de l’une ou des deux roues avec un mécanisme de freinage statique actionné par le conducteur. Les freins de vélo sont généralement appliqués avec des actionneurs à câble ou à tige actionnés par le cycliste via des leviers montés sur le guidon ou des commandes à pédale. Le frottement appliqué aux roues provient généralement d’ensembles de patins en caoutchouc ou en matériau composite qui sont pressés contre la jante de roue, un disque monté sur le moyeu ou la surface intérieure d’un tambour de moyeu.
Le système de freinage sur jante est le système de freinage le plus courant, et l’un des plus anciens, utilisé sur une large gamme de types de vélos différents. Cette variante de frein repose sur un jeu de patins de frein montés sur la roue sur un étrier. Lorsqu’il est activé, l’étrier se ferme et presse les segments de frein, généralement des blocs en caoutchouc résistant à la chaleur, contre la jante de la roue. Le frottement causé par le contact entre les chaussures et la jante évacue l’énergie du vélo en mouvement, le ralentissant et finalement l’arrêtant.
Il existe une large gamme de modèles d’étriers différents utilisés sur les freins de vélo sur jante, y compris les conceptions en porte-à-faux, à traction centrale et à traction latérale. Les étriers sont généralement actionnés par un câble de type Bowden actionné par un levier sur le guidon. Ces freins sont simples à régler et à réparer et assez efficaces bien qu’ils aient tendance à perdre de leur efficacité lorsque la jante est mouillée.
Le deuxième système de freinage couramment utilisé est le frein à tambour, que ce soit en tant que type de freinage dédié ou de freinage et de roue libre. Actionnés par des tiges, des câbles ou une pression sur la pédale arrière, ces freins pressent un ensemble de mâchoires de frein contre l’intérieur du moyeu de roue, un peu comme les freins à tambour d’une automobile. Les freins de vélo à roue libre sont des dispositifs de frein à tambour uniques permettant à la roue arrière de «roue libre» tout en descendant des collines et en fournissant un freinage via les pédales. Lorsque le pilote pédale vers l’avant, le moyeu fait tourner la roue. Lorsque les pédales restent statiques, la roue arrière tourne librement et lorsque les pédales sont repoussées, elles activent le frein à tambour. Également connu sous le nom de freins à pédale arrière, ce type de système de freinage est largement utilisé sur les cycles de roadster omniprésents courants en Asie et en Afrique.
Le troisième type de système de freinage de bicyclette tire également sa conception des freins d’automobile. Les freins de vélo à disque comportent un disque plat attaché au moyeu de roue qui se déplace à travers un étrier monté conjointement. L’étrier comporte un ou plusieurs ensembles de segments de frein actionnés par piston qui peuvent être actionnés mécaniquement ou hydrauliquement. Lorsqu’il est activé, le piston pousse les patins contre le disque, appliquant ainsi des forces de freinage à la roue. Bien que très efficaces, ces freins nécessitent plusieurs modifications des conceptions de roues conventionnelles qui ajoutent du poids et du coût à la bicyclette.