Hộp số tự động không có bàn đạp ly hợp như xe số sàn, nhưng điều đó không đồng nghĩa hệ thống truyền lực hoàn toàn vắng bóng cơ cấu ly hợp. Thay vào đó, bộ biến mô và các cụm đĩa ma sát bên trong đảm nhiệm việc ngắt nối công suất, giúp xe dừng lại mà động cơ vẫn hoạt động.
Với nhiều người lái, khác biệt dễ nhận thấy nhất giữa xe số sàn và xe số tự động là bàn đạp ly hợp. Xe số sàn yêu cầu người lái chủ động đạp côn, chọn cấp số và nhả côn, trong khi xe số tự động tự xử lý quá trình chuyển số, giúp người lái tập trung hơn vào việc điều khiển phương tiện.
Tuy nhiên, cách hiểu rằng hộp số tự động không cần cơ cấu ly hợp là chưa đầy đủ. Trên xe số sàn, bộ ly hợp có nhiệm vụ ngắt và nối động cơ với bánh xe, cho phép xe dừng lại mà động cơ không bị tắt. Ở hộp số tự động, vai trò tương tự được đảm nhiệm bởi bộ biến mô, một cụm truyền lực thủy lực cho phép động cơ tiếp tục quay khi xe đứng yên.
Điều này không có nghĩa bên trong hộp số tự động hoàn toàn không có ly hợp. Nhiều hộp số tự động sử dụng các đĩa ma sát mỏng, nằm trong cụm ly hợp đa đĩa để điều khiển quá trình truyền hoặc giữ công suất tại từng thời điểm. Những chi tiết này hoạt động âm thầm, khác với bàn đạp ly hợp mà người lái xe số sàn trực tiếp điều khiển.
Một biến thể đáng chú ý là hộp số ly hợp kép, thường được gọi là DCT. Loại hộp số này sử dụng 2 bộ ly hợp để chuẩn bị và chuyển giữa các cấp số, tạo cảm giác vận hành tương tự hộp số tự động nhưng có khả năng sang số nhanh và hiệu quả cao. Vì vậy, nhiều hãng xe hiệu năng cao lựa chọn cấu trúc này để kết hợp sự tiện lợi với khả năng tăng tốc mạnh.
Cấu tạo của hộp số tự động phức tạp hơn nhiều so với những gì người lái nhìn thấy qua các vị trí P, R, N và D trên cần số. Khi chọn chế độ D, xe có thể truy cập các tỷ số truyền tiến khác nhau, không chỉ một cấp số duy nhất. Thành phần quan trọng trong hệ thống này là bộ bánh răng hành tinh, gồm bánh răng bao, bánh răng mặt trời, giá đỡ hành tinh và các bánh răng hành tinh.
Trong quá trình vận hành, các phần khác nhau của bộ bánh răng hành tinh có thể đóng vai trò nhận lực, truyền lực hoặc được giữ cố định. Việc này được thực hiện nhờ các dải phanh và cụm ly hợp bên trong hộp số. Dải phanh có thể siết hoặc nhả một bánh răng nhất định, trong khi các đĩa ma sát của ly hợp giúp một chi tiết trở thành đầu vào truyền lực hoặc đứng yên.
Toàn bộ quá trình chuyển số trong hộp số tự động là sự phối hợp giữa cơ khí, thủy lực và hệ thống điều khiển điện tử. Nhiều hộp số tự động sử dụng nhiều bộ bánh răng hành tinh để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau. Việc chi tiết nào quay, chi tiết nào bị giữ lại sẽ quyết định xe đang ở cấp số nào tại từng thời điểm.
Ưu điểm lớn của hộp số tự động nằm ở khả năng vận hành êm và thuận tiện. Người lái không phải liên tục đạp côn, sang số rồi nhả côn khi di chuyển trong phố hoặc khi gặp ùn tắc. Đây là lý do hộp số tự động ngày càng phổ biến trên các dòng xe phục vụ nhu cầu đi lại hằng ngày.
Bộ biến mô cũng có thể mang lại lợi thế về khả năng tăng tốc từ trạng thái đứng yên so với một số cấu hình ly hợp truyền thống. Các bộ biến mô hiện đại có thể góp phần khuếch đại mô men xoắn của động cơ, trong khi loại biến mô có tốc độ khóa cao thường được giới chơi xe hiệu năng quan tâm để cải thiện khả năng tăng tốc. Dù vậy, cấu hình này không thực sự cần thiết với nhu cầu sử dụng thông thường như đi làm, đưa đón gia đình hay mua sắm hằng ngày.
