Τα ρουλεμάν τροχαλίας βρίσκονται στο κέντρο των τροχών τροχαλίας που χρησιμοποιούνται σε έναν δεδομένο μηχανισμό τροχαλίας. Συνήθως, ένα ρουλεμάν τροχαλίας χυτεύεται ή σφυρηλατείται από ανθεκτικό στη θερμότητα μέταλλο ή κράματα μετάλλων. Ανάλογα με τον συγκεκριμένο τύπο ρουλεμάν, εξωτερικά συνήθως μοιάζει με μεταλλικό δακτύλιο ή σετ δακτυλίων ενσωματωμένο στο κέντρο των τροχών της τροχαλίας. Μέσα στο ρουλεμάν, εσωτερικές και εξωτερικές τροχιές, μπάλες, λιπαντικό και άλλα εξαρτήματα περιστρέφονται καθώς περιστρέφεται ο τροχός της τροχαλίας. Στην περίπτωση των ρουλεμάν με σφαιρίδια, κάθε σφαίρα μέσα στο ρουλεμάν τροχαλίας περιστρέφεται, ενεργώντας σαν δεκάδες μικρά δάχτυλα για να βοηθήσει στην περιστροφή του τροχού της τροχαλίας, στην κατανομή του βάρους του φορτίου και στην απορρόφηση της θερμότητας.
Δεδομένου ότι ένας τροχός τροχαλίας χρειάζεται την ικανότητα να περιστρέφεται πλήρως 360 μοίρες, οι περισσότεροι τροχοί είναι τοποθετημένοι στο κέντρο. Η κεντρική τοποθέτηση δίνει σε έναν τροχό τροχαλίας ένα συνολικό σχήμα παρόμοιο με ένα ντόνατ, με την κεντρική οπή τοποθετημένη σε άξονα. Γύρω από την κεντρική οπή στερέωσης, εισάγεται ένα μεταλλικό ρουλεμάν, το οποίο συνήθως πιέζεται στη θέση του όταν κατασκευάζεται η τροχαλία. Ο σκοπός ενός ρουλεμάν τροχαλίας είναι να προστατεύει τη δομή στερέωσης και τον τροχό από τη θερμότητα, να επιτρέπει αυξημένη ταχύτητα και να διασφαλίζει την ομαλή λειτουργία. Ορισμένοι τύποι σχεδίων ρουλεμάν τροχαλίας μειώνουν επίσης την ταλάντευση και τη δόνηση, αναγκάζοντας τον τροχό της τροχαλίας να περιστρέφεται σε επίπεδο, ομοιόμορφο άξονα.
Ανεξάρτητα από τη συγκεκριμένη κατασκευή, τα υλικά ή τον τύπο του ρουλεμάν που χρησιμοποιείται, τα ρουλεμάν τροχαλίας επιτρέπουν την ομαλή, συνεχή περιστροφή των τροχών τροχαλίας, ενώ ταυτόχρονα μειώνουν την αντίσταση και τη θερμότητα από την τριβή. Οι τύποι ρουλεμάν τροχαλίας ποικίλλουν, ανάλογα με τον τύπο του τροχού τροχαλίας που χρησιμοποιείται. Τις περισσότερες φορές, οι κατασκευαστές μηχανισμών τροχαλίας χρησιμοποιούν ρουλεμάν, μια σειρά από μικρές μεταλλικές σφαίρες με πολύ λάδι, τοποθετημένες σε μεταλλική τροχιά. Καθώς ο τροχός της τροχαλίας περιστρέφεται, οι μεμονωμένες μπάλες μέσα στο ρουλεμάν βοηθούν στην ομοιόμορφη κατανομή του βάρους φορτίου, στη μείωση της τριβής και στην ομαλή, ομοιόμορφη περιστροφή με περιορισμένους κραδασμούς ή απώλεια ταχύτητας.
Οι τροχαλίες που κατασκευάζονται από πλαστικό, νάιλον και άλλα συνθετικά πολυμερή ενσωματώνουν συνήθως ρουλεμάν τροχαλίας. Δεδομένου ότι ο ίδιος ο τροχός είναι κατασκευασμένος από πλαστικό, η θερμότητα από την τριβή που προκαλείται από το γύρισμα μπορεί εύκολα να παραμορφωθεί, να λιώσει ή με άλλο τρόπο να συντομεύσει τη διάρκεια ζωής της τροχαλίας. Τοποθετώντας τον τροχό με ρουλεμάν τροχαλίας γύρω από την οπή στερέωσης, κάθε τροχός μπορεί να χειριστεί ένα βαρύτερο φορτίο σε υψηλότερες ταχύτητες, χωρίς να προκαλέσει ζημιά στο πλαστικό ή άλλο πολυμερές. Αντί ο πλαστικός τροχός να φέρει το βάρος και τη θερμότητα ενός συγκεκριμένου φορτίου, το ρουλεμάν απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της πίεσης και της θερμότητας, διασφαλίζοντας ότι ο τροχός διατηρεί το σχήμα και την απόδοσή του.