Una transmisión automática es una caja de cambios de automóviles u otros vehículos que puede cambiar la relación de cambio automáticamente a medida que el vehículo se mueve, liberando así al conductor de la tarea de cambiar de marcha manualmente. Dispositivos parecidos pero más grandes también se usan en las locomotoras diésel.

En los Estados Unidos la mayoría de los vehículos vendidos desde los años 1950 montaban una transmisión automática, a diferencia de lo que ocurre en Europa y en la mayoría del resto del mundo. Las transmisiones automáticas, especialmente las más antiguas, empeoran el consumo de combustible y la potencia entregada. Donde el combustible es caro y, por tanto, los motores suelen ser pequeños, estas penalizaciones son insalvables. En los últimos años, las transmisiones automáticas han mejorado significativamente su capacidad para mejorar los consumos, pero las transmisiones manuales siguen siendo en general más eficientes. Esta situación puede invertirse definitivamente con la introducción de transmisiones variables continuas, véase más abajo.

Las mayoría de las transmisiones automáticas permiten seleccionar entre un conjunto de rangos de marchas, a menudo con una posición de estacionamiento que bloquea el eje de salida de la transmisión.

Sin embargo, algunas máquinas simples con rangos limitados de velocidad o velocidades de motor fijas usan sólo un convertidor de par para proporcionar un engranaje variable entre el motor y las ruedas. Ejemplos típicos son las carretillas elevadoras y algunos cortacéspedes modernos.

Recientemente los fabricantes han empezado a vender transmisiones variables continuas. Estos diseños pueden cambiar las relaciones dentro de un rango en lugar de entre un conjunto de relaciones fijas. A pesar que los prototipos de estos sistemas de transmisión existen desde hace décadas, es ahora cuando están alcanzando la viabilidad comercial. Este tipo de transmisión deriva de la transmisión de fricción de las primeras décadas del siglo 20. El desarrollo reciente se originó en un emprendimiento de NSK en la década de 1980. Posteriormente se agrego Nissan, que junto a NSK y una importante compañía de lubricantes japonesa lograron resultados satisfactorios. Se la denomina también transmisión toroidal.

El tipo predominante de transmisión automática es la que funciona hidráulicamente, usando un acoplamiento fluido o convertidor de par y un conjunto de engranajes planetarios para proporcionar un rango de multiplicación del par.