найпростіші трёхскоростние втулки використовують просту планетарну епіциклічних зубчасту передачу. Сонячна шестерня (жовта на малюнку) прикріплена безпосередньо до осі і зафіксована щодо велосипедної рами . Три або чотири ідентичних «планетарних» шестерень зчіплюються з «сонячної» шестерінки і обертаються навколо неї. «Планетарні» шестерінки оточені і зчіплюються із зубами на внутрішній поверхні «зубчастого колеса» (вивернула навиворіт шестерні).

Планетарні шестерні, прикріплені до деталі, званої «планетарної обоймою», обертаються. При цьому зубчасте колесо обертається 4 рази на кожні 3 обороту планетарної обойми. У різних моделей планетарних втулок це співвідношення різне.

Принцип роботи планетарної передачі у втулці велосипеда:

• На низькій передачі задня зірочка надає руху зубчасте колесо (червона на малюнку). Планетарна обойма (зелена на малюнку) приводить в рух втулку, що дає зниження передачі. Отже заднє колесо обертається три рази на кожні чотири оберти зірочки, при цьому знижуючи передачу на 25%.
• На середньої передачі зірочка як і раніше передає зусилля на зубчасте колесо, яке безпосередньо надає руху втулку. Отже це пряма передача. Навіть незважаючи на те, що шестерінки завжди обертаються, зусилля з них далі нікуди не передається.
• На високій передачі зусилля з задньої зірочки передається на планетарну обойму, яке далі через зубчасте колесо приводить в рух втулку. Отже заднє колесо обертається чотири рази на кожні три оберти зірочки, при цьому приводячи до підвищення передачі на 33%.

планетарні втулки , Що мають більше трьох швидкостей, використовують не менше двох блоків планетарних механізмів і / або комбінують планетарні багатоступінчасті шестерінки, мають паралельно кілька рядів зубів.

На відміну від класичних перемикачів передач через принципу роботи планетарної передачі вісь планетарної втулки бере участь в передачі крутного моменту на всіх передачах, за винятком прямої, і тому повинна бути надійно прикріплена до рами велосипеда. Зазвичай для цієї мети вистачає стопорних шайб між дропаутов і осьової гайкою, але в сучасних планетарних втулках широкого діапазону використовується важіль зворотної дії, що кріпиться до нижнього перу заднього трикутника. Втулка з ножним або барабанним гальмом (встановлюються на міські велосипеди ) В будь-якому випадку комплектується важелем зворотної дії.

На більшість велосипедів з планетарними втулками встановлюються один поворотний, критичний перемикач, перемикач під великий палець. винятком є 5-швидкісні планетарні втулки Sturmey-Archer старої конструкції, в яких використовується другий трос, що перемикає сонячні шестерінки вузького і широкого діапазонів. такі втулки конструкційно є дві 3-швидкісних втулки в одному механізмі. Середня передача в обох діапазонах - пряма, так що в підсумку втулка дає п'ять окремих передач. Переключення передач на такий втулці реалізовано або спеціальним 5-швидкісним перемикачем з двома тросами, або стандартним 3-швидкісним і фрикційним перемикачами.