Различают шесть основных видов велосипедов: гоночные (шоссейные и трековые), туристские, горные, смешанные горно-туристские, дорожные и специальные. Узлы и детали велосипеда (основными из них являются рама, колеса, седло, руль и педали с цепным приводом) конструируются в соответствии с его назначением.

Гоночные велосипеды. Это самые легкие велосипеды, конструкция которых рассчитана на гонки по шоссейным дорогам либо по специально построенным трекам. Велосипеды для шоссейных гонок могут быть разной массы в зависимости от использованных конструкционных материалов, но обычно они весят около 9 кг. Масса же трековых гоночных велосипедов, лишенных тормозов, переключателей скоростей и других второстепенных узлов и деталей, может составлять всего 7 кг.

В конструкции гоночного велосипеда предусмотрено все для того, чтобы уменьшить его массу, например, даже тормозные рычаги и цепные звездочки снабжаются сквозными вырезами. Благодаря малой колесной базе (расстоянию между осями) и малому выносу переднего колеса гоночные велосипеды очень послушны в управлении и обладают высокой маневренностью, хотя и менее комфортны. Передаточные отношения разделены малыми интервалами и рассчитаны на физически сильного велосипедиста. Число передач (скоростей) чаще всего равно 14-16. Руль обычно делают узким для снижения массы и низким для уменьшения сопротивления воздуха и для улучшения управляемости (опущенный руль позволяет также легко изменять положение рук). В некоторых видах трековых гонок и в шоссейных гонках на время применяется "аэродинамический" (искривленный V-образный) руль, на который гонщик может опираться локтями в согнутом аэродинамически выгодном положении (но такой руль, как правило, не допускается в гонках с общим стартом). Колеса гоночных велосипедов обычно имеют очень узкие обода из легкого прочного сплава и клинчерные шины (с бортовой проволокой) или цельные однотрубки высокого давления, обеспечивающие пониженное сопротивление качению и повышенную управляемость. Колеса могут быть либо со спицами из проволоки, либо специальной аэродинамической конструкции, снижающей сопротивление движению. Седло обычно делается по возможности более узким для снижения массы и облегчения педаляжа.

Туристские велосипеды. Раму туристских велосипедов для повышения прочности и комфортности, как правило, делают из легкой хромалюминиевой стали или алюминиевого сплава. Масса велосипеда обычно составляет 9-11 кг, колесная база - средняя (для большей устойчивости), передаточные отношения достаточно низкие для легкого педаляжа на дорожных подъемах с грузом туристского снаряжения. Руль может быть либо опущенным, либо приподнятым. Колеса обычно с ободами из прочного алюминиевого сплава, довольно толстыми спицами, рассчитанными на повышенную туристскую нагрузку, и шинами средней ширины, обеспечивающими хорошую управляемость и движение по неровной мостовой и грунтовым дорогам. Седло может быть любой конструкции, обеспечивающей удобство в длительных поездках. Туристские велосипеды обычно оборудуются педалями с туклипсами, рассчитанными на обувные зацепы, или без туклипсов, что позволяет прилагать к педалям большее усилие на дорожных подъемах. Число передач - от 18 до 24, с низкими передаточными отношениями для пересеченной местности. На рамах обычно предусмотрены багажники и крепления для двух-трех бутылок с водой и для насоса, а также ушки возле колесных втулок для фиксации каркасных боковых багажных сумок.

Горные велосипеды. Горный велосипед, завоевавший широкую популярность, принес с собой новые виды спортивных соревнований и туризма. Хотя вначале горные велосипеды выпускались с туристской формой рамы, вскоре стала преобладать более верткая гоночная конструкция. Поскольку на сильно пересеченной местности велосипедист выравнивает нагрузку на велосипед и управляет им в основном смещением корпуса и бедер назад или в сторону (изменяя тем самым положение центра тяжести), для горного велосипеда лучше подходит несколько меньшая рама, нежели для туристского. Число передач такое же, как и у туристских велосипедов (18-24), с упором на низкие передаточные отношения. Колеса горных велосипедов могут быть очень широкими, шины - с крупными, рельефными грунтозацепами и пониженным давлением для увеличения сцепления с неровностями дороги.

Горно-туристские велосипеды. В конце 1980-х годов у любителей велосипедных прогулок и велосипедного туризма, а также у жителей пригородного пояса, ежедневно ездящих в город на работу, огромным успехом стал пользоваться велосипед, в котором объединены конструктивные особенности, с одной стороны, горного велосипеда (в частности, усиленные рычажно-клещевые тормоза и форма рамы), а с другой - туристского (шины промежуточной ширины и промежуточного давления и крепления для багажных сумок). Такой велосипед смешанного типа имеет, как правило, опущенный или нормальный руль и три передачи с тремя разными ведущими звездочками. Велосипед смешанного типа многие считают идеальным велосипедом общего назначения для езды как по дорогам, так и по бездорожью (на умеренно пересеченной местности), поскольку он, подобно горному велосипеду, хорошо управляем на влажной почве и галечном грунте, имеет малую массу и легок на ходу при езде по шоссе. Иногда подобные велосипеды называют городскими или пригородными.

Дорожные велосипеды. Универсальные дорожные велосипеды обычно имеют одну, три или пять передач. К этой категории относятся и некоторые детские велосипеды. Их масса часто превышает 14 кг, рама длинная с удлиненными изогнутыми концами перьев передней вилки (для смягчения ударов колеса о неровности дороги), руль приподнятый или нормальный, долговечные клинчерные шины, нередко предусматриваются щиток цепи и тормозная втулка заднего колеса со свободным ходом. Седло обычно широкое, пружинное, мягкое с кожаным или виниловым чехлом. Дорожные велосипеды, как правило, недороги, достаточно комфортны для поездок на небольшие расстояния и не требуют особого ухода. Их часто выдают напрокат, особенно в местах отдыха, они используются в городах как транспортное средство для доставки небольших количеств разных товаров (от продуктов питания до газет) и как средство передвижения. В первой половине 20 в. дорожные велосипеды применялись в военных действиях. В Великобритании обычен полицейский на велосипеде, но в США лишь в 1990-х годах во многих городах и пригородных зонах велосипед стал рассматриваться как транспортное средство для патрульного полицейского.

Специальные велосипеды. Существует много разных типов специализированных велосипедов. Хотя они и не так распространены, как обычные велосипеды рассмотренных выше типов, каждый из них занимает свою важную нишу.

В 1990-х годах начали входить в моду велосипеды для туризма с более свободной позой велосипедиста. Велосипедист сидит прямо на сидении со спинкой, а его ноги вытянуты вниз-вперед, к педалям. Благодаря заднему упору для нижней части корпуса седока более эффективно используется сила мышц бедер. Кроме того, у таких велосипедов ниже располагается центр тяжести.

Существуют двух- и многоместные велосипеды-тандемы. На двухместном тандеме рулем и тормозом управляет передний велосипедист. Привод выполнен так, что в педаляже могут участвовать оба велосипедиста. Благодаря этому тандем способен развивать более высокую скорость, нежели одиночные машины, что используется не только в гонках, но и в туризме и рекреационных поездках. Тандемы позволяют также участвовать в велосипедных поездках людям со слабым зрением и детям, еще не научившимся самостоятельно ездить на обычном велосипеде. В таких случаях переднее место занимает более опытный велосипедист с хорошим зрением.

Детей и подростков особенно привлекают верткие "мотокроссовые" велосипеды, по конструкции напоминающие мотоциклы для гонок по пересеченной местности. Диаметр колес такого велосипеда составляет всего 400-500 мм, рама также очень мала.

Фристайловые, или каскадерские, велосипеды мотокроссового типа с особо прочной рамой и рулем, сконструированным так, что его вращению не мешают тросы тормоза и переключателя скоростей, создали новый вид спорта - велосипедную акробатику. На таком велосипеде спортсмен может выполнять сложные каскадерские фигуры, стоя на специальных подножках задней колесной втулки, совершать вместе с велосипедом прыжки и даже выполнять сальто в воздухе, резко посылая вверх корпус с одновременным рывком за руль.

Складные велосипеды хороши для ежедневных поездок из пригорода в город на работу и обратно, поскольку в сложенном виде удовлетворяют требованиям общественного транспорта, в том числе и воздушного, относительно размеров ручного багажа. Первый велосипед со складной рамой и колесами малого диаметра был создан в 1962 в Великобритании А.Моултоном, а к середине 1990-х годов разработчиками был предложен целый ряд остроумных конструкций. Выпускаются складные велосипеды не только с уменьшенными, но и с нормальными колесами, а также разборные.