Trong những động cơ đốt trong một xi lanh, hiện tượng rung động gây ra chủ yếu bởi lực quán tính và momen lực do chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền. Để giảm hiện tượng này, lực quán tính của piston cần được giảm hoặc triệt tiêu bằng cách sử dụng trục cân bằng.[1][4] Sự rung động do không cân bằng bên trong động cơ có thể gây ra ồn, dẫn đến hiện tượng mỏi và hư hỏng các bộ phận bên trong.[5]

Nguyên lý hoạt động của hệ trục cân bằng là hai trục mang các khối nặng lệch tâm giống hệt nhau, quay ngược chiều nhau với tốc độ gấp đôi. Sự lệch pha của các trục gây ra do lực ly tâm của các quả nặng sẽ triệt tiêu các lực chuyển pha bậc hai phương thẳng đứng (gấp đôi tốc độ RPM của động cơ) do động cơ tạo ra.[6] Các lực phương ngang tạo ra bởi trục cân bằng có độ lớn bằng nhau và ngược chiều nhau, và do đó triệt tiêu lẫn nhau.

Trong một nghiên cứu vào năm 2015, qua tính toán bằng phần mềm mô phỏng, người ta xác định hiệu quả giảm rung chấn của trục cân bằng trên xe hơi là khoảng từ 64,88% (ở vận tốc động cơ 2000 RPM) đến 68,77% (ở vận tốc 3600 RPM) so với khi không có trục cân bằng.[7] Ở vận tốc vòng tua càng cao, hiệu quả giảm rung động và lực quán tính khi sử dụng trục cân bằng càng cao.[4] Trục cân bằng không có tác dụng giảm rung động của trục khuỷu.[8]