Un arbre de transmission transmet le couple de la boîte de vitesses à l'essieu. Il s'agit d'un tube rotatif, généralement en acier ou en aluminium, muni de joints de cardan à chaque extrémité. Ces joints permettent à l'arbre de fléchir en fonction des mouvements de la suspension. Sans arbre de transmission, une voiture à propulsion ne pourrait pas transmettre la puissance du moteur avant aux roues arrière.

Sur une voiture à propulsion, l'arbre de transmission relie la sortie de boîte de vitesses au différentiel arrière. Il tourne à la vitesse du moteur, ou presque, et doit être équilibré pour éviter les vibrations. À haute vitesse, un arbre mal équilibré peut provoquer de violentes secousses. C'est pourquoi les arbres de transmission sont équilibrés avec précision et pourquoi les joints de cardan sont contrôlés régulièrement.

Les voitures à traction avant n'ont généralement pas d'arbre de transmission principal. Elles utilisent plutôt deux demi-arbres, aussi appelés arbres de transmission à joint homocinétique, qui relient la boîte-pont aux roues avant. Chaque demi-arbre est équipé de joints homocinétiques permettant aux roues de tourner et de se déplacer verticalement. Les voitures à transmission intégrale peuvent avoir un arbre de transmission vers l'essieu arrière, ainsi que des demi-arbres sur chaque roue.

Les arbres de transmission sont robustes, mais ils peuvent se rompre. Un joint de cardan usé peut provoquer un claquement ou des vibrations. Un arbre de transmission cassé peut se dérober sous la voiture et l'endommager. Un contrôle régulier des joints et des paliers permet d'éviter la plupart des problèmes.