国際自転車競技連合（UCI）の規定では、過度な機材の軽量化を防止するために質量の最低重量を6.8kgと設定している。2000年代以降は炭素繊維強化プラスチックなど軽量な素材が登場し、最低重量を下回ることも容易となった。プロ競技においてはバラストとしてGPSやルート表示機能を備えたサイクルコンピュータやパワー測定装置、ディスクブレーキなどの機材を装着して規定をクリアする場合もある。
構成部品
フレーム詳細は「フレーム (自転車)」および「フレーム素材 (自転車)」を参照

ほぼすべてがシンプルなダイヤモンドフレームを採用しているといってもよい。これにはロードレースではUCIの規定によりダイヤモンドフレーム以外の機材を用いることが許されていないという理由もある。ただし、そのような規制がなかった1990年代には、個性的なフレームの自転車がタイムトライアル競技で採用されていた。UCIでなく国際トライアスロン連合が統括するトライアスロン競技用として、非ダイヤモンドフレームの製品もあるが、以前に比べると減少傾向にある。1cm刻みのフレームサイズを用意できたパイプ接合の頃に比べ、サイズ別の成型型を用意しなければならないCFRP製一体成型が普及することに伴い、粗いサイズ展開になりつつある。

ロードバイク（ロードレーサー）は、源流を同じくするトラックレーサーとともに、現存する競技用、あるいはそれに準ずる自転車の最も古い形態であるということができ、最もシンプルな形をしている。より速く走るためにできるだけ軽くし、無駄なものを可能な限り排除した設計がなされている。そのため、積載能力や走行以外の二次的な用途を前提とした設計はあまり考慮されていない。なかには乗り手の体重制限を設けてまで素材の肉厚を切り詰め、軽量化を図ったフレームも存在する。

フレーム素材は、クロムモリブデン鋼（クロモリ）に代表される鋼（スチール）、アルミニウム合金、カーボンが主流である。またかつてはアルミ+スチールやアルミ+カーボンなどのハイブリッドフレームも販売されていた。2014年現在、トップカテゴリーではフルカーボンフレームが主流だが、入門用のものではアルミフレームも多く、スチールフレームは軽量化の面でアルミやカーボンに劣るためレースではほとんど使用されなくなったが、一般的に耐久性が高く長い期間使用できることやクラシカルな細身のフレームは独特の美しさを感じさせることもあり根強い人気がある。わずかだが荒れた路面での振動吸収を狙ったサスペンション機構を搭載する物も存在する。
ホイール

プロレース、ハイレベルなアマチュアにおいては、コースに応じて高速巡航時の空力性能に優れたエアロホイールや、ヒルクライムに適した軽量ホイールなどが使い分けられる。また、規定で認められている場合には直径が違うホイールを使い分けることもある。この場合には、規格の違うホイールはフレームに適合しないため、車両ごと交換が行われる。
規格

ロードバイクのタイヤは、700C、650C（26インチWO）。主流は700Cであり、ロードレースなどUCI管轄の自転車競技で700C以外が使われることは稀だが、トライアスロン用機材を中心に650Cのものが存在する。650Cのホイールは、700Cよりも径が小さいことで空気抵抗の少ないポジションがとりやすくなるため、集団走行やドラフティング（他の競技者の真後ろについて空気抵抗を軽減する技術）が原則として禁止されているトライアスロンでは、650Cは合理的な選択である。また、650Cはタイヤの外径が小さいため、タイヤを回転させるためのトルクが小さく、さらにギア比も小さくなることから加速の点では有利である。そのため、一時期ロードレースでも山岳での勾配が険しいコースで用いる選手もいた。しかし、直進安定性、高速巡航性能、コーナリング特性は700Cに比べて劣っているというのが定説である。
流通・製造箇所による分類

ホイールには大きく分けて2種類の製品がある。技術的な分類ではなく、流通や製造箇所による分類である。
手組み（てぐみ）ホイール
従来からのタイプで、販売店のメカニック等によって文字通り一つ一つのパーツから手で組まれたものをいう。ほぼすべてのパーツを自分の好みや用途、体型などさまざまな要素に合わせて選べるため、自分に合ったホイールを作ることができるという利点がある。また市販されている部品を使うため、補修、整備も容易である。現在では補修、整備の容易さからツーリング用に使われたり、完組みホイールに比べて安価なために練習に使われたりする場合が多い。全体としてのバランスはよいが、特化した性質がないのが欠点ともいえる。全く同一の物でも、工場生産されたものは後述の「完組ホイール」である。
完組み（かんぐみ）ホイール
1990年代に登場した、工場生産による市販の既製品である。機械による製造、あるいは熟練の担当作業員による組み立てによって、安定した品質の製品を大量に供給することが可能で、現在ではこのタイプが主流になりつつある[注釈 5]。すべてのパーツを専用に設計することもできるためスポークの本数を大きく減らしたホイールなども生産でき、平地巡航目的、山岳コース対応の軽量モデルなど、競技の設定に応じて専用設計が行える利点があるため、手組みに比べてレースに用いられることが多い。
構造

ホイールはハブ本体、リム、スポーク、ニップルから成り立っている。
ハブ本体
ホイールの中心にある回転部分。良いホイールはハブ本体のベアリングの精度が良いか、ハブ本体が軽量に作られている。ハブの本体はアルミ製が多いが、軽量を謳っているモデルは負荷の少ない部分にカーボンを用いることもある。前輪用のオーバーロックナット寸法は長らく100mmが続いているが、後輪用は120-142mmと幅があり、時代を遡るほど狭い傾向がある。2022年時点ではリムブレーキモデルで130mm、ディスクブレーキモデルで142mmというのが定番。
リム
ホイールの外周部にあたるリムは、素材として主にアルミが用いられるが、高級モデルを中心にカーボンを用いたものも存在する。ちなみに、レースの世界ではほとんどがカーボン製のリムを使用している。また昔ながらの木製リムもわずかではあるが流通している。マグネシウムのリムも一部流通しているが主流となり得るほどのバリエーションは存在しない。さまざまな形状があるが、大別すると通常のリムと平地巡航能力を上げたディープリムがある。ディープリムは重量で劣るが、空気抵抗の減少によって高速巡航能力が上がるように設計がなされている。
スポーク
スポークの材質には、ステンレスや鉄、チタンなどがある。一般的にはステンレスが使われているが、完組みホイールではアルミスポークを採用したものもある。チタンは大変高価でありながら伸びやすいため、普及してはいない。また、わずかではあるが非金属製スポークも存在する。また、空力抵抗の問題から、スポークの中心部を平らにつぶして空気抵抗を減らしたエアロスポークも利用されるほか、スポークではなく一体成形のディスクを採用したホイールも存在する。ただし、ディスクホイールは風が抜けないので、横から強風を受けると転倒の原因にもなり、また、質量面でも不利であるためトライアスロンやタイムトライアル（TT）など、使用環境は限定的といえる。
タイヤ詳細は「自転車用タイヤ」を参照

基本的に仏式のバルブが使用され、高い空気圧を必要とする。チューブラー、クリンチャー（またはワイヤード・オン、略してWO）、チューブレスタイヤの三つの方式がある。

軽量性と地面との摩擦量を減らすことを重視されるため、トラックレーサーと並んで細いタイヤが用いられる。タイヤ幅は18?28mm程度である。主流は長らく23mm幅であったが、2015年頃より25mm幅に移り変わっている。ただし、タイムトライアル用のフレームなど、設計によってはチェーンステイ長をギリギリまで切り詰めているため、23mm幅のタイヤでさえ取り付けられないフレームも存在する。

レース用機材としてはチューブラーが一般的であるが、近年はクリンチャータイヤの性能も大きく向上しており、整備性やコスト面から、ホビーレーサーの間ではクリンチャーを採用するロードバイクも少なくない。チューブレスは対応ホイールの少なさと、タイヤ脱着の難易度が高いことから性能の割に普及が進まず、チューブレスほどかみ合わせをタイトにしない代わりに、シーラントでエア漏れを防ぐチューブレスレディという規格も誕生している。
コンポーネント詳細は「コンポーネント (自転車)」を参照

コンポーネントとは、クランク、チェーン、前後変速機、前後ブレーキ、ブレーキレバー、多段ギア（カセットスプロケット）、前後輪ハブなど、自転車を構成する主要な部品をまとめた呼び方である。

コンポーネントそのものは1970年代から存在していたが、1980年代までは各種変速機のみ製造していたメーカーが存在し、好みに応じて選択することもあった。現在では、コンポーネントとしてひとまとめに選択・使用するのが普通である。

主なメーカーにシマノ、カンパニョーロ、SRAMがある。
サドル詳細は「サドル (自転車)」を参照

かつてはロードバイクでも一枚革をサドルフレームに鋲で張った革サドルが主流であったが、1970年代頃よりプラスチックベースに緩衝材を挟み込んで表面に薄い革もしくは合成皮革を張ったプラスチックサドルが出回り始める。サンマルコ社のコンコール、ロールスや、セラ・イタリア社のターボシリーズなど定番商品が登場し、完全にプラスチックサドルが主流となった。

現在では、サドルのレールやベースにカーボンやチタンといった軽く振動吸収の高い素材を使用したモデルもあり、合成皮革すら貼っていない「成型されたカーボンの板」そのものを用いることによって軽量性に特化したサドルも存在する。

ロードバイクは軽量に作られるため、サドルも薄く固く、乗り心地もさほど良くないものであった。これらは尿道や会陰部などを圧迫し、ライダーが苦痛を感じることもある。この対策として、サドルの中央から後部に溝を入れたり、中央に縦に穴を空けたサドルが登場している。サドルの前の方、尿道などがあたる部分に溝や穴を設け、圧力がかからないように工夫し、また、女性ライダーの増加にあわせて、サドルの後部を広くした女性用モデルも発売されている。

サドルの相性は個人差が大きく、価格や使用する人数の多寡だけでは必ずしもその性能を評価できない（自分に最も合った物を探し、いくつものモデルを付けて乗ってみては交換を繰り返すユーザーも多く、これを「サドル沼にはまる」と呼ぶ。相性が一致した物に行き当たると、体力の限り走り続けられる）。一方で気に入ったサドルを長年使い続ける選手も多く、ランス・アームストロングが愛用したセラサンマルコ（Selle San Marco）・コンコールライト（刺?なし）やマリオ・チポリーニに愛用されたセラサンマルコ・リーガルなどが有名である。日本人でも藤野智一は引退までロールスを愛用し続けた。
ハンドル詳細は「ハンドルバー (自転車)」を参照