Oś wagonu to wał, za pomocą którego jedno lub dwa koła wagonu są przymocowane do samego wagonu. Wagony generalnie mają dwie osie z dwoma kołami każda, jedną z przodu wagonu i jedną z tyłu. Tylna oś jest zwykle zamocowana w stosunku do pudła wagonu, ale przednia oś czasami jest przymocowana za pomocą przegubu obrotowego, który ułatwia skręcanie. Osie wagonów są uważane za osie martwe lub leniwe — w przeciwieństwie do osi aktywnych — ponieważ nie są używane do przenoszenia mocy na koła w celu poruszania wagonu.
Koła są bardzo wydajnymi urządzeniami wykorzystywanymi w transporcie, ale jednym z pierwszych wyzwań, przed jakim stanął człowiek przy ich wdrażaniu, było pytanie, w jaki sposób przymocować je do platform lub skrzyń mogących przenosić duże obciążenia. W tym celu opracowano osie — pręty lub wały wkładane przez środek koła prostopadle do kierunku jazdy koła. Do pudła wagonu przymocowane są urządzenia przypominające krótkie rurki, zwane łożyskami. Oś wagonu jest montowana przez łożyska, a następnie koła są montowane na osi.
Piasta koła wagonu, znajdująca się w jego środku, jest zespołem przeznaczonym do mocowania koła do osi wagonu. W środku koła znajduje się otwór, zwykle wyłożony stalą lub żelazem. Koło jest zamontowane na końcu osi, która sama jest zwykle wyłożona cienką blachą lub żelazem. Kołnierze są następnie montowane po wewnętrznej i zewnętrznej stronie koła i przykręcane do koła i osi, zabezpieczając koło. Ta szczególna konstrukcja osi, zwana zestawem kołowym, wymaga, aby oś wagonu i oba koła obracały się z tą samą prędkością.
Zestawy kołowe mają jednak nieodłączny problem projektowy. Kiedy wagon się skręca, koła na zewnątrz zakrętu muszą poruszać się dalej niż koło wewnętrzne. W ten sposób koła będą się ślizgać i przeskakiwać po nawierzchni podczas zakrętu, w zależności od tego, który z nich ma lepszą przyczepność, prowadząc ostatecznie do uszkodzenia konstrukcji. W pojazdach z napędem problem ten jest rozwiązywany przez mechanizm różnicowy, który umożliwia dwóm kołom na osi obracanie się z różnymi prędkościami. Bardziej zaawansowane konstrukcje wagonów rozwiązują ten problem, pozwalając kołom obracać się niezależnie od siebie.
Niezależny obrót koła można osiągnąć poprzez zamocowanie osi; czyli przymocowanie go do pudła wagonu, aby w ogóle nie mógł się obracać. Oś może być wtedy pojedynczym wałkiem łączącym dwa koła lub dwoma krótkimi wałkami połączonymi z pudłem wagonu niezależnie od siebie. Łożyska są zabudowane wewnątrz piast kół, dzięki czemu obracają się wokół osi stałej.