Os freios de bicicleta são usados para desacelerar ou parar completamente uma bicicleta e se enquadram em três categorias diferentes: aro, tambor e disco. Todos os três tipos funcionam aplicando fricção a parte de uma ou ambas as rodas com um mecanismo de travagem estático operado pelo condutor. Freios de bicicleta são normalmente aplicados com atuadores de cabo ou haste operados pelo ciclista por meio de alavancas montadas no guidão ou controles de pedal. O atrito aplicado às rodas geralmente vem por cortesia de conjuntos de borracha ou almofadas de material composto que são pressionadas contra o aro da roda, um disco montado no cubo ou a superfície interna de um tambor do cubo.
O mais comum e um dos mais antigos sistemas de freio usados em uma ampla variedade de tipos diferentes de bicicletas é o freio de aro. Esta variante de freio depende de um conjunto de sapatas de freio montadas sobre a roda em uma pinça. Quando ativada, a pinça fecha e pressiona as sapatas do freio, normalmente blocos de borracha resistentes ao calor, contra o aro da roda. O atrito causado pelo contato entre os sapatos e o aro drena a energia da bicicleta em movimento, reduzindo a velocidade e, por fim, parando-a.
Há uma ampla gama de designs de pinças diferentes usados em freios de bicicleta de aro, incluindo designs de cantiléver, tração central e tração lateral. As pinças são normalmente acionadas por um cabo tipo Bowden operado por uma alavanca no guidão. Esses freios são simples de ajustar e reparar e bastante eficazes, embora tendam a perder eficiência quando o aro está molhado.
O segundo sistema de freio comumente usado é o freio a tambor, seja como freio dedicado ou freios e tipos de roda livre. Operados por hastes, cabos ou pressão do pedal traseiro, esses freios pressionam um conjunto de sapatas de freio contra o interior do cubo da roda, de maneira muito semelhante aos freios a tambor de um automóvel. Os freios de bicicleta de roda livre são arranjos de freio de tambor exclusivos que permitem que a roda traseira “rode” enquanto desce encostas e fornece frenagem por meio dos pedais. Quando o ciclista pedala para frente, o cubo gira a roda. Quando os pedais são mantidos estáticos, a roda traseira roda livre e, quando os pedais são empurrados para trás, eles ativam o freio a tambor. Também conhecido como freio de pedal traseiro, esse tipo de sistema de freio é amplamente usado nos onipresentes ciclos de roadster, comuns na Ásia e na África.
O terceiro tipo de sistema de freio de bicicleta também obtém seu design a partir dos freios de automóveis. Os freios a disco das bicicletas apresentam um disco plano preso ao cubo da roda, que se desloca por meio de uma pinça co-montada. A pinça possui um ou mais conjuntos de sapatas de freio acionadas por pistão que podem ser operadas mecanicamente ou hidraulicamente. Quando ativado, o pistão empurra as sapatas contra o disco, aplicando forças de frenagem à roda. Embora muito eficazes, esses freios exigem várias modificações nos designs convencionais das rodas, o que aumenta o peso e o custo da bicicleta.