ניתן לסווג גלגלי שיניים לפי צורת שן, צורת גלגל שיניים, צורת קו שן, משטח עליו ממוקמות שיני גלגל השיניים ושיטת הייצור.
פרופיל שן גלגל השיניים כולל עקומת פרופיל השן, זווית לחץ, גובה השן ותזוזה. קל יותר לייצור גלגלי שיניים פיתולים, כך שבגלגלי שיניים מודרניים, גלגלי שיניים ספילים מהווים את הרוב המוחלט, בעוד שגלגלי שיניים ציקלואידים וגלגלי קשת נמצאים בשימוש פחות.
מבחינת זווית הלחץ, יכולת נשיאת העומס של גלגלי שיניים בעלי זוויות לחץ קטנות קטנה יותר; בעוד לגלגלי שיניים בעלי זוויות לחץ גדולות יש כושר נשיאת עומס גבוה יותר, אך העומס על המיסב גדל כאשר מומנט ההולכה זהה, כך שהוא משמש רק במקרים מיוחדים. גובה השיניים של גלגלי שיניים עבר תקן, ובדרך כלל מאמצים גבהי שיניים סטנדרטיים. ישנם יתרונות רבים של גלגלי שיניים לעקירה, אשר שימשו בכל מיני ציוד מכני.
בנוסף, ניתן לחלק גלגלי שיניים גם לגלגלי שיניים גליליים, גלגלי שיניים משופעים, גלגלי שיניים לא עגולים, מתלים וגלגלי שיניים תולעים לפי צורתם; על פי צורת קו השיניים, ניתן לחלקם לגלגלי שיניים דורבנים, גלגלי שיניים סליליים, גלגלי שיניים אדרה וגלגלי שיניים מעוקלים; המשטח מחולק לגלגלי שיניים חיצוניים ולגלגלי שיניים פנימיים; על פי שיטת הייצור, ניתן לחלק אותו לגלגלי שיניים יצוקים, גלגלי שיניים חתוכים, גלגלי שיניים מגולגלים וגלגלי שיניים מחוטאים.
לחומרי ייצור ציוד ותהליך טיפול בחום יש השפעה רבה על יכולת נשיאת העומס וגודל ומשקל הציוד. לפני שנות ה-50, פלדת פחמן שימשה בעיקר לגלגלי שיניים, פלדת סגסוגת שימשה בשנות ה-60, ופלדה מוקשחת שימשה בעיקר בשנות ה-70. על פי הקשיות, ניתן לחלק את משטח השן לשני סוגים: משטח שן רך ומשטח שן קשה.
גלגלי שיניים בעלי משטחי שיניים רכים הם בעלי יכולת נשיאת עומס נמוכה, אך הם קלים יותר לייצור ובעלי ביצועי ריצה טובים. הם משמשים בעיקר במכונות כלליות ללא הגבלות קפדניות על גודל ומשקל תמסורת, וייצור בנפח קטן. מכיוון שלגלגל הקטן יש עומס כבד יותר בהילוכים התואמים, על מנת להפוך את חיי העבודה של הגלגלים הגדולים והקטנים לשווים בערך, הקשיות של משטח השן של הגלגל הקטן היא בדרך כלל גבוהה מזו של הגלגל הגדול.
לגלגלי שיניים מוקשחים יש יכולת נשיאת עומס גבוהה. לאחר חיתוך הציוד, הוא מרוווה, מרווה על פני השטח או מקרב אותו ומרווה כדי להגביר את הקשיות. אבל בטיפול בחום, הציוד בהכרח יתעוות, ולכן לאחר טיפול החום יש לבצע שחיקה, שחיקה או חיתוך עדין כדי לבטל את השגיאה שנגרמה מהדפורמציה ולשפר את דיוק הציוד.
