フレームは自転車を構成する上での最大の部品であり、根幹である。ハンドルやタイヤ、コンポーネントなどは含まないが、フロントフォークを含む。フロントフォークを除いた場合、「フレーム体」という。フレーム体は基本的に8本のパイプ（チューブとも言う）で構成されている。
フレームの詳しい構造については フレームを参照のこと。
フレームの形状は、基本形でありスポーツ車に多いダイヤモンドフレームのほか、シティサイクル（俗にいうママチャリ）に多く採用されているスタッガードやパラレル、U字などの形がある。主な相違点はトップチューブとダウンチューブの位置と形状で、ダイヤモンドフレームではトップチューブ、ダウンチューブともに直線的で、トップチューブは地面に平行、もしくはそれに近い。U字フレームではトップチューブ、ダウンチューブは曲線的または直線的であり、トップチューブは後方が下がるように取り付けられている。以前は、これらのチューブをラグといわれるジョイントを介して繋いでいたが、最近はチューブの端を直接溶接する繋ぎ方が多くなっている。
前輪とフレーム体の間でステアリングコラム（ヘッドチューブを貫いてハンドルまで至るフォークの上部）を中心に操舵可能なフロントフォーク。一般的には高張力鋼やステンレスなどの鉄合金、アルミなどで作られるが、スポーツ車ではチタンやカーボン繊維樹脂製のもの、サスペンション付きのもの等がある。形状としては先端まで直線的なストレートタイプと、先端が前方に湾曲しているベンドタイプがある。一般車では後者が主流。ステアリングコラムは地面に対して垂直でなく、後方に寝かせられている（キャスタ角）。また、ステアリングコラムの延長線が地面に交差する点とタイヤの接地面との距離をトレールと呼ぶ。トレール量とキャスタ角は合わせて走行時の挙動を示す指標となるが一方だけが提示される場合もある（キャスタ角は普通はコラムの角度だが、メーカーによってはステム取り付け部あたりからタイヤの接地点まで引いた線の傾きとする場合がある）。700cサイズの自転車の場合でトレールは45mmぐらいが標準的である。フロントフォークとフレーム体はベアリングを内蔵したヘッドパーツ（ヘッドセット）で結合される。ヘッドセットには、コラムに切ったネジで締め付け調整するノーマルタイプと、コラム内にナットを打ち込み上部からステムごと押し付けて調整するアヘッドタイプの二つがある。ヘッドパーツはフレーム体のヘッドチューブ（ステアリングコラムが入る部分）のパイプ径とステアリングコラムの根元部分（クラウンレースと呼びヘッドパーツのベアリング受けをはめ込む部分）で、JISサイズ、1インチ（ノーマルタイプ）1-1/8インチ（オーバーサイズ）1-1/4インチ（スーパーオーバーサイズ、フィッシャーサイズ）1-1/2インチ (OnePointFive) などの種類がある。古いものにはフレンチ規格 (35mm) など特殊なサイズのものもある。
人間の身体が自転車と接触する部分はペダル、サドル、ハンドルの3点である。この3点は日本では「三つのル」と呼ばれて、快適性を左右し、非常に乗り手個人の好みが分かれる部分である。主観による判断基準が多いため、技術というよりも趣向で選択する要素が多い。
操作用のハンドル。形によって、一文字ハンドル、ドロップハンドル、セミドロップハンドル、ブルホーンバーなどがある。ハンドルとステアリングコラムはステムで結合されている。
人の臀部を乗せる部分で乗り手の体重のほとんどをここで受け止める。よってサドルの相性は自転車の選択には重要である。初期には一枚革をサドルフレームに鋲で張った革サドルから始まり、現在では人間工学からアプローチをして多様なサドルが出回っている。しかし数々の革新が自転車の姿を変えてきたのにもかかわらず、サドルには基本形を大きく変える革新が起こっていない。伝統的な革サドルが現在も市場の一角を占め、愛好する人々も多い。また素材が違っていても現在のサドルのほとんどが、革サドルとほぼ同じ形状をしている。またプロの自転車選手はサドルに関しては保守的で、慣れたものを使い続けることが多く、時として所属チームの契約メーカー以外のものを使うこともある。
なおペダルに関しては駆動部分も兼ねているので次項目の駆動部分で説明する。
人間の筋力を推進力として変化させる部分。安全型自転車の確立以降、この部分に技術更新が形となって現れることが多い。外装型変速機の外観 横型パンタグラフ式内装型変速機の内部構造
駆動系の部品は
ペダル
クランク
ボトムブラケット
チェーン
スプロケット
ホイール
ハブ
スポーク
ニップル
リム
タイヤ
の順で動力が伝わる部分と
変速機 (自転車)
のような動力の効率を変える部分とに分かれる。
動力伝達部分
ペダル
最初に動力を受ける部分。人間の足の上下運動をペダルの軸が回ることによってクランクの回転運動に変化させる。競技用車両などのペダルには脚や靴をクリップ（トウクリップとトウストラップ）や専用の金具（クリート）で固定するもの（ビンディングペダル）もある。
クランク
フレームのボトムブラケットシェルを中心に回転する部分。クランクはボトムブラケット（BB、ハンガー）という軸受けによりフレームに接続され、回転運動及び左右方向の位置決めをしている。
チェーン
クランクで伝えられた動力を後輪に伝達する重要な役割をする。ローラーチェーンの原理が発明され、自転車には安全型自転車になってようやく登場し、それまでは前輪の軸がクランクと直結していた。
スプロケット
正確に言えばクランクのチェーンホイールも含め歯のついたギア板のことを「スプロケット」と呼ぶが、ここでは後輪軸についたものに限定する。チェーンで伝えられたクランクからの動力を後輪軸のハブに伝える役割をする。スプロケットには一つしかないもの（固定ギア、BMXなどのシングルスプロケット）と大小のスプロケットが重ね合わさったものがあるが、後者の中で一つの部品として束ねられているものを「カセットスプロケット」と呼ぶ。
ホイール
中心部のハブ、そこから伸びるスポーク、円形のリム、リムを固定しているニップルからなる。自転車のホイールには前輪、後輪2種類ある。
