東漢初年（西元1世紀）已有人字齒輪。三國時期出現的指南車和記裏鼓車已採用齒輪傳動系統。晉代杜預發明的水轉連磨就是通過齒輪將水輪的動力傳遞給石磨的。史書中關於齒輪傳動系統的最早記載，是對唐代一行、梁令瓚於725年製造的水運渾儀的描述。北宋時製造的水運儀象臺（見中國古代計時器）運用瞭複雜的齒輪系統。明代茅元儀著《武備志》（成書於1621年）記載瞭一種齒輪齒條傳動裝置（圖1）。
圖1 《武備志》中的齒輪齒條傳動裝置
圖2 秦代或西漢初年齒輪
圖3 東漢初年人字齒輪
1956年發掘的河北安午汲古城遺址中，發現瞭鐵制棘齒輪，輪直徑約80毫米，雖已殘缺，但鐵質較好，經研究，確認為是戰國末期（公元前3世紀）到西漢(公元前206～公元24年)期間的制品。1954年在山西省永濟縣蘗傢崖出土瞭青銅棘齒輪（圖2）。參考同坑出土器物，可斷定為秦代(公元前221～前206)或西漢初年遺物，輪40齒，直徑約25毫米。關於棘齒輪的用途，迄今未發現文字記載，推測可能用於制動，以防止輪軸倒轉。1953年陜西省長安縣紅慶村出土瞭一對青銅人字齒輪（圖3）。根據墓結構和墓葬物品情況分析，可認定這對齒輪出於東漢初年。兩輪都為24齒，直徑約15毫米。衡陽等地也發現過同樣的人字齒輪。