O spirală este o curbă cu pantă constantă care se învârte în jurul unei axe centrale, la fel ca o scară în spirală. Unghiul helixului este tangenta curbei în comparație cu axa. Elice sunt comune în natură și în dispozitivele mecanice. Unghiul determină multe alte proprietăți ale unei spirale.
Inginerii mecanici sunt preocupați de unghiul de spirală al multor dintre modelele lor. Șuruburile și șuruburile filetate afișează un unghi care determină cât de multă mușcătură sau material nou va fi adunat de șurub la fiecare rotire. Este necesară mai multă forță pentru a întoarce un dispozitiv cu un unghi de spirală mai mare. La fel, un șurub cu un unghi mai mare se va ține mai strâns.
Transportoarele cu șurub folosesc elice pentru a transporta multe materiale granulare sau de tip pastă. Arhimede, filozoful grec antic, este creditat cu inventarea transportorului cu șurub. A folosit un șurub mare de lemn sculptat în interiorul unui trunchi de copac scobit. Prin răsucirea șurubului, apa poate fi mutată în sus pentru irigare.
Arcurile ilustrează o altă caracteristică utilă a elicelor. În plus față de capacitatea de a transmite materia și de a lega materiale, elice stochează energie în designul lor geometric, care poate fi utilizat. Energia unui stick pogo, a șocurilor de automobile sau a arcurilor de pat provine din compresia și expansiunea ulterioară a bobinei. Unghiul spiralei, precum și materialul de construcție, determină forța necesară comprimarii arcului.
Multe exemple de elice se găsesc în biologie. Întoarcerea firelor unei plante de mazăre urmează un unghi de spirală fix, deși diametrul răsucirii poate varia. De asemenea, scoici de mare și multe alte scoici prezintă un unghi fix. Unele au un diametru în creștere cu fiecare creștere, în timp ce altele au un diametru fix, creând o formă lungă de tub.
Poate cel mai faimos exemplu de elice din natură este dublu helix al moleculei de acid nucleic dezoxiriboză (ADN). ADN-ul este baza moleculară a geneticii. Unghiul unic de dublă helix este atât de regulat încât structura moleculei a fost depistată folosind tehnici de cristalografie.
Matematic, o spirală este pur și simplu urma unui cerc cu o dimensiune z crescătoare. Coordonatele carteziene sunt date de: x = r cos t, y = r sin t, z = ct; unde r este raza și 2 π c este pasul sau distanța verticală dintre bucle. Conform teoremei lui Lancret, dacă r/c = o constantă, curba este o spirală. În practică, matematica designului șurubului este destul de complicată, deoarece sunt implicați mulți parametri.