ばねの変形のことや変形量のことを「たわみ」と呼ぶ[15]。たわみの物理単位には、変位（長さの変化）と回転角（ねじり角や曲げ角の変化）の2種類がある[16]。長さが変化することを利用する圧縮コイルばねでは、たわみの単位は変位で表される[17]。棒のねじり角度が変化することを利用するトーションバーでは、たわみの単位は回転角（ねじり角）である[16]。たわみの物理量に対応して、たわみを起こす負荷にもいくつかの種類が考えられる。変位であれば荷重（純粋な力）であり、ねじり角であればねじりモーメントが考えられる[18]。実際のばねでは、変位や回転変形が組み合わさった複雑なたわみを起こすものもある[19]。線形特性ばねでは、たわみは荷重に比例する。荷重-たわみ線図の例。青の左の線が線形特性、緑の右の曲線が非線形特性、黄色の真ん中の曲線がヒステリシス有りの非線形特性を示している。

このような荷重とたわみがある一定関係を持っていることが、ばねが持つ基本的性質や機能の一つともいえる[5]。ばねが示す荷重とたわみの関係のことを「ばね特性」「荷重-たわみ特性」「荷重特性」などと呼ぶ[20]。最もよく利用されるばねのばね特性は、線形であることが多い。線形とはたわみが荷重に比例して増減するということで、ばねに 10 kg の重りを吊るすとばねが 1 cm 伸び、20 kg の重りを吊るすと 2 cm 伸びるという具合である[21]。この関係は「フックの法則」としても知られる[22]。線形特性であるばねでは荷重とたわみの関係は以下のような式で表される。 P = k δ {\displaystyle P=k\delta }

ここで、P が荷重（力）で、δ がたわみ（変位）である。k は P と δ の比例定数で「ばね定数」と呼ばれ、単位は[力]/[長さ]である[23]。例えば 10 kgf/cm というばね定数は、たわみ 1 cm を起こすのに 10 kg の重りを吊るす必要があるという意味である[21]。実際の製品でいえば、大型自動車や鉄道車両の懸架装置用ばねでは大きなばね定数が必要となり、それと比較してベッドやソファーのばねでは小さなばね定数が必要となる[24]。

負荷がねじりモーメント T で、たわみがねじり角 θ のときは、 T = k θ {\displaystyle T=k\theta }

という式になる。この場合の k の単位は[モーメント]/[角度]であり、k を「回転ばね定数」などと呼んで通常のばね定数と区別する場合もある[25]。

荷重とたわみが比例しないばねも存在し、そのような関係を非線形と呼ぶ[26]。非線形特性のばねでは、例えば、ばねに 10 kg の重りを吊るすと 1 cm 伸びるが、20 kg の重りを吊るしても 1.2 cm しか伸びないという具合である[27]。さらに、荷重を加えるときと取り除くときで荷重とたわみの関係が異なり、荷重-たわみ曲線がヒステリシスループを描くばねもある[28]。