Кинематическая пара представляет собой совокупность двух тел, при которой форма одного из тел позволяет определить полный ряд последовательных положений, свойственных другому телу. Звеньями называются тела, являющиеся составляющими пары. Кинематическая пара является подвижным сопряжением двух твердых звеньев, на которые ставятся условия связи, ограничивающие их относительное движение.
Произвольное из условий связи ликвидирует одну степень свободы, т. е. устраняя одно из шести самостоятельных относительных перемещений в пространстве. Относительно условий связи кинематические пары подразделяются на пять классов. Число степеней свободы определяется по формуле W = 6 - S. Оставшиеся относительные движения звеньев необходимы для разделения кинематических пар внутри каждого класса.
Относительно характера соприкосновения звеньев кинематические пары делятся на низшие, обладающие контактом по поверхностям, и высшие (определяются контактом по линиям или в точках). Высшие кинематические пары допустимы всех пяти классов, имеют много видов. Низшие пары возможны только трех классов и шести видов.
Кинематические пары подразделяются на геометрически замкнутые пары, в которых постоянное соприкосновение поверхностей создается благодаря форме включенных элементов, и незамкнутые пары, созданные таким образом, что замыкание производится при помощи прижимающей силы — силового замыкания.
Примером может служить силовое замыкание в кулачковом механизме. Простые пары определяются как пары, у которых относительное движение одного звена относительно другого соотносится с относительным движением второго звена в соотношении с первым звеном. Поступательной парой называется пара, в которой одно из тел способно создавать только поступательное движение относительно другого тела.
Примером поступательной пары может служить тело, оснащенное призматическим каналом, в который устанавливается призма. Вращательной парой является цилиндрическая втулка и установленный в нее шип, который оснащается закраинами, ограничивающими шип и не позволяющими покинуть втулку.
Винтовая пара представляет собой сочетание винта и гайки, при этом шагом является расстояние, находящееся между нарезками винта по ориентированности оси винта. Поступательная пара рассматривается в качестве винтовой пары с шагом, соответствующим бесконечности.
Вращательная пара определяется как винтовая шагом, равным нулю. В прямоугольной системе координат может наблюдаться три поступательных движения, происходящих в направлениях трех осей координат, три вращательных — вокруг осей.
Высшие пары определяются как пары, не выполняющие свойство простых пар, например шкив и перекинутый через него ремень, соединение зубчатых колес, полная трехгранная призма, дуговой двухсторонник, эллиптический циркуль и т. д. Движение первого звена в звене второго является обращенным относительно движения второго звена в первом звене.
Условными кинематическими парами считаются подвижные сопряжения с некоторым количеством промежуточных тел качения, например шарикоподшипники и роликоподшипники, промежуточных деформируемых элементов, например безлюфтовые шарниры устройств с плоскими пружинами.