Bánh xe bộc lộ không ít những bất lợi về mặt cơ học và các mặt khác trong một số môi trường và tình huống nhất định, cho thấy độ thích nghi thấp hơn nếu so sánh với chuyển động sử dụng chân (chi).[38] Những nhược điểm này chỉ ra rằng, ngay cả khi loại bỏ những hạn chế về mặt sinh học đã thảo luận ở trên, sự vắng mặt của các bánh xe ở các dạng sống đa bào có thể không đơn giản chỉ là "cơ hội bị bỏ lỡ" như ấn tượng mà ta có ban đầu.[5] Trên thực tế, với những nhược điểm cơ học và tính hữu dụng hạn chế của bánh xe khi so sánh với chân, câu hỏi trung tâm có lẽ phải được lật ngược: không phải "Tại sao thiên nhiên không tạo ra bánh xe?", mà là "Tại sao các phương tiện giao thông của con người không áp dụng kiểu di chuyển bằng chân nhiều hơn?"[25] Việc sử dụng các bánh xe thay vì các chi trong hầu hết các phương tiện được chế tạo có thể là do sự phức tạp của thiết kế cần thiết để cấu tạo và điều khiển các chi, hơn là do lợi thế chức năng nhất quán của các bánh xe đem lại khi so sánh với chi.[52][53]

Độ hiệu quả

Một bánh xe cứng đang lăn trên—và làm biến dạng—một mặt phăng mềm, tạo ra một phản lực N, với một thành phần làm cản trở chuyển động. (W là trọng lượng của bánh xe cộng với phần thân phương tiện được nâng đỡ; F là lực đẩy; r là bán kính của bánh xe.)

Ma sát lăn

Mặc dù bánh xe cứng tiết kiệm hơn về mặt năng lượng khi so sánh với các phương tiện vận tải khác khi di chuyển trên địa hình cứng, bằng phẳng (chẳng hạn như đường trải nhựa), bánh xe không đặc biệt hiệu quả trên địa hình mềm như đất, vì chúng dễ gặp phải ma sát lăn hay lực cản lăn. Cụ thể hơn thì, một chiếc xe sẽ hao phí năng lượng do sự biến dạng của bánh xe và bề mặt mà chúng đang lăn. Các bánh xe nhỏ hơn đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng này.[2]:401 Các bề mặt mềm hơn biến dạng nhiều hơn và phục hồi ít hơn bề mặt cứng, dẫn đến việc lực cản sẽ lớn hơn. Ma sát lăn trên đất, với độ rắn từ vừa đến cứng, có thể lớn hơn từ năm đến tám lần so với trên bê tông, con số này đối với cát có thể là mười đến mười lăm lần.[25] Trong khi bánh xe phải làm biến dạng bề mặt dọc theo toàn bộ đường đi của chúng, các chi chỉ gây ra một biến dạng cục bộ nhỏ xung quanh vùng mà nó tiếp xúc.[54]

Lực cản lăn cũng là lý do khiến ít nhất một nền văn minh lịch sử của con người từ bỏ việc sử dụng bánh xe.[25] Trong thời kỳ của Đế chế La Mã, xe ngựa có bánh phổ biến ở Trung Đông và Bắc Phi; Tuy nhiên, khi Đế chế sụp đổ và những con đường của nó rơi vào tình trạng hư hỏng, bánh xe không còn được ưa chuộng đối với người dân địa phương, những người chuyển sang dùng lạc đà để vận chuyển hàng hóa trong khí hậu sa mạc cát. Trong cuốn sách Hen's Teeth and Horse's Toes, Stephen Jay Gould có giải thích chi tiết lịch sử đáng tò mò này, khẳng định rằng, trong trường hợp đường xá không được bảo trì, lạc đà sẽ cần ít nhân lực và nước so với xe bò kéo.[55]

Độ hiệu quả khi di chuyển trong môi trường chất lưu

Khi di chuyển qua môi trường chất lỏng, các hệ thống quay chỉ mang lại lợi thế về hiệu suất ở những hệ số Reynolds cực thấp (tức dòng chảy được chi phối bởi độ nhớt) chẳng hạn như trong các môi trường mà roi vi khuẩn được sử dụng. Ở những môi trường có số Reynolds cao (chi phối bởi quán tính), hệ thống dao động sẽ tỏ ra hiệu quả hơn.[56]:5451 Trong khi cánh quạt tàu thường có hiệu suất rơi vào khoảng 60% và cánh quạt máy bay là 80% (có thể lên tới 88% ở chiếc máy bay được cung cấp lực bởi con người Gossamer Condor), hiệu suất cao hơn nhiều, ở ngưỡng 96% –98%, có thể đạt được bằng cách sử một tấm (foil) linh hoạt, dao động, ví dụ như là đuôi cá hoặc cánh chim.[2]:398[25]

Lực bám

Bánh xe dễ bị trượt — chúng không có khả năng tạo ra lực kéo hay bám — nhất trên địa hình lỏng lẻo hoặc trơn trượt. Sự trượt bánh này gây lãng phí năng lượng và có thể dẫn đến việc mất kiểm soát hoặc bị kẹt, như khi ô tô đi trên bùn hoặc tuyết. Hạn chế này của bánh xe cũng có thể được thấy ngay trong lĩnh vực công nghệ của con người: trong một ví dụ về sinh kỹ thuật (thiết kế lấy cảm hứng từ sinh học), các phương tiện có chân được sử dụng trong ngành khai thác gỗ, nơi chúng cho phép tiếp cận địa hình quá khó khăn cho các phương tiện có bánh.[57] Xe bánh xích (ví dụ như xe tăng) ít bị trượt hơn xe bánh lốp, do diện tích tiếp xúc với mặt đất lớn hơn[58]:354 — nhưng chúng có xu hướng có bán kính quay vòng lớn hơn xe bánh lốp, kém hiệu quả hơn và phức tạp hơn về mặt cơ học.[58]:419

Vượt qua chướng ngại vật

Các nghiên cứu của kỹ sư Mieczysław G. Bekker ngụ ý rằng: sự phân bố các bất thường trong địa hình tự nhiên là tuân theo phân bố loga-chuẩn; có nghĩa là, các chướng ngại vật nhỏ sẽ phổ biến hơn nhiều so với chướng ngại vật lớn hơn. Do đó, vượt qua các chướng ngại vật là một thách thức đối với việc di chuyển trong các địa hình tự nhiên ở mọi cấp độ quy mô.[2]:400–401 Hai cách chính để vượt qua vật cản trên đất liền là đi vòng qua vật cản hoặc đi vượt qua chúng; mỗi cách đều có những thách thức riêng của mình.[25]

Đi vòng qua

Nhà giải phẫu học Michael LaBarbera của Đại học Chicago đã minh họa khả năng cơ động kém của bánh xe bằng cách so sánh bán kính quay của người đi bộ và người sử dụng xe lăn.[2]:402 Như Jared Diamond đã chỉ ra, hầu hết các ví dụ sinh học về chuyển động lăn được tìm thấy ở địa hình thoáng đãng và bằng phẳng, chẳng hạn như ở bọ phân và cỏ lăn mà ta đã nhắc đến từ trước.[25][59][60]

Đi vượt qua

Bánh xe tỏ ra rất kém nếu phải đối mặt với chướng ngại vật thẳng đứng, đặc biệt là chướng ngại vật có cùng kích cỡ ngang tầm với bánh. Bánh xe cũng có khả năng không thể leo lên những vật cản thẳng đứng cao hơn khoảng 40% chiều cao của chúng.[59]:148 Do hạn chế này, bánh xe được thiết kế để sử dụng trên địa hình gồ ghề sẽ phải có đường kính lớn hơn.[2]:400

Ngoài ra, nếu không có khớp nối (articulation), một chiếc xe có bánh có thể bị mắc kẹt trên đỉnh chướng ngại vật, việc vật cản nằm giữa các bánh xe sẽ khiến chúng không thể tiếp xúc được với mặt đất.[60] Ngược lại, chuyển động bằng chân sẽ rất hữu ích cho việc leo núi và được trang bị để đối phó với những địa hình không bằng phẳng.[2]:402–403

Với bánh xe không được khớp nối, việc leo lên chướng ngại vật sẽ khiến thân xe bị nghiêng. Nếu khối tâm của xe di chuyển ra ngoài chiều dài cơ sở (wheelbase) hoặc rãnh trục, xe sẽ trở nên không ổn định về mặt tĩnh học và sẽ có xu hướng bị lật.[61] Ở tốc độ cao, một chiếc xe có thể trở nên không ổn định về mặt động học - nghĩa là nó có thể bị lật bởi chướng ngại vật nhỏ hơn giới hạn ổn định tĩnh của nó, hoặc do tăng tốc quá mức hoặc cua quá gấp.[62] Hệ thống treo giúp giảm thiểu xu hướng lật của xe có bánh, nhưng không giống như các chi được khớp động hoàn toàn, chúng không cung cấp cho xe khả năng trở lại bình thường từ trạng thái bị lật.

Độ linh hoạt

Các chi được động vật sử dụng để di chuyển trên địa hình cũng thường được sử dụng cho các mục đích khác, chẳng hạn như cầm nắm, thao tác, leo trèo, đu cành, bơi lội, đào bới, nhảy, ném, đá và chải chuốt. Với sự thiếu những khớp nối, bánh xe sẽ không hữu ích như tay chân trong những chức năng này.[2]:399