当机器转速增高时，飞轮的动能增加，把能量储蓄起来；当机器的转速降低时，飞轮的动能减少，把能量释放出来。飞轮可以用来减少机械运转过程的速度波动。

机械压力机、往复活塞压缩机和内燃机等在工作过程中，驱动力和工艺阻力常发生周期性变化。这二者常常不能时刻保持相等。当等效驱动力矩大于或小于等效阻力矩时就会出现“盈功”或“亏功”，使机械加速或减速运转，从而出现速度的周期性波动。速度波动会影响机械的工艺质量。以、和分别表示机械在稳定运转阶段的主轴的最大、最小和平均角速度，可用速度不均匀系数作为衡量转速均匀性的指标。

机械在每一个稳定运转周期内的动能变化是个定值。安装飞轮可以增大机械的惯性参量，从而使其蓄、放定值动能时减少速度波动。在冲压、剪切等机械上安装飞轮，还可以减小动力机的容量。这类机械的工艺阻力很大，如果按照这样大的阻力来选大容量的动力机很不经济。但这类机械工艺阻力虽大，而作用时间很短，所以装上飞轮便可以选用一台容量较小的动力机，使其在大部分没有工艺阻力的时间内向飞轮储能，而在工艺阻力作用的短暂时间内由飞轮释放能量，帮助动力机克服阻力。

从减轻机械重量出发，飞轮应安装在转速较高的轴上，飞轮的质量分布应远离旋转轴线，因此大轮缘的轮辐式飞轮应用较广，用结构钢焊接的辐板式飞轮也较多采用。对低速重载的柴油机则多用剖分装配式飞轮。在一些机械中，适当加大皮带轮和齿轮的转动惯量，也能起飞轮的作用。设计飞轮时必须考虑飞轮转动时由于离心力引起的轮缘拉应力，通常用限制圆周速度的办法来控制轮缘中拉应力的大小。铸铁轮辐式飞轮的周速应小于25～35米/秒，铸钢飞轮周速应小于50米/秒，盘形铸钢飞轮周速不能大于80米/秒。