O axă a vagonului este un arbore cu care una sau două dintre roțile vagonului sunt atașate de vagon însuși. Vagoanele au, în general, două axe cu două roți fiecare, o axă în fața vagonului și una în spate. Axa din spate este de obicei fixată în raport cu corpul vagonului, dar axa din față este uneori atașată printr-o articulație pivotantă care facilitează rotirea. Axele vagoanelor sunt considerate axe moarte sau leneșe – spre deosebire de osiile active – deoarece nu sunt folosite pentru a transmite puterea roților pentru a deplasa vagonul.
Roțile sunt dispozitive foarte eficiente folosite în transport, dar una dintre primele provocări cu care s-a confruntat omul în implementarea lor a fost întrebarea cum să le atașeze pe platforme sau cutii care puteau transporta sarcini substanțiale. În acest scop au fost dezvoltate osii – tije sau arbori introduși prin centrul unei roți perpendicular pe direcția de deplasare a roții. Dispozitivele care arată ca niște tuburi scurte, numite rulmenți, sunt atașate de corpul vagonului. Axa vagonului este montată prin rulmenți și apoi roțile sunt montate pe axă.
Butucul unei roți de vagon, situat în centrul său, este un ansamblu conceput pentru a fixa roata pe axa vagonului. În centrul roții este o gaură, de obicei căptușită cu oțel sau fier. Roata este montată pe capătul osiei, care este în general căptușită cu o foaie subțire de oțel sau fier. Colierele sunt apoi montate pe interiorul și exteriorul roții și prinse cu șuruburi pe roată și pe axă, fixând roata. Acest design special de osie, numit set de roți, solicită ca axa vagonului și ambele roți să se rotească cu aceeași viteză.
Seturile de roți au o problemă inerentă de design, totuși. Când vagonul se întoarce, roțile din exteriorul virajului trebuie să se deplaseze mai departe decât roata interioară. Atunci, roțile vor aluneca și vor sări peste suprafață la o viraj, în funcție de care are tracțiunea mai bună, ducând în cele din urmă la daune structurale. La vehiculele cu motor, această problemă este rezolvată de treapta diferenţială, care permite două roţi de pe o osie să se rotească la viteze diferite. Modelele mai avansate ale vagoanelor abordează problema lăsând roțile să se rotească independent unele de altele.
Rotirea independentă a roții poate fi realizată prin fixarea axei; adică fixându-l de corpul vagonului astfel încât să nu se poată roti deloc. Atunci, axa poate fi un singur arbore care conectează două roți sau doi arbori scurti conectați la corpul vagonului independent unul de celălalt. Rulmenții sunt construiti în interiorul butucurilor roților, astfel încât să se rotească în jurul axei fixe.