Od mniej więcej 50 lat ogromna większość skrzyń biegów jest wyposażana w synchronizatory. Te proste z punktu widzenia techniki urządzenia są tak pomocne przy zmianie biegów, że dziś posługiwanie się manualną skrzynią biegów nie wymaga od kierowcy jakichś specjalnych umiejętności czy wyczucia.
Dawniej, kiedy synchronizatory były nieznane, aby zmienić bieg, należało umieć bardzo dobrze posługiwać się sprzęgłem i stosować, zwłaszcza podczas redukcji biegów tzw. międzygaz. Polegało to na chwilowym puszczeniu pedału sprzęgła po włączeniu biegu jałowego, a następnie na zwiększeniu obrotów silnika tak, aby odpowiadały, najlepiej dokładnie, prędkości pojazdu w danej chwili na biegu, który kierowca zamierzał włączyć. Dzięki temu zmiana biegów była w miarę płynna, bez zgrzytów i szarpnięć.
Synchronizacja biegów we współczesnych skrzyniach biegów ma dokładnie takie samo działanie, jak kiedyś miedzygaz, czyli polega na wyrównaniu prędkości obrotowych wałka głównego i osadzonego na nim koła zębatego danego biegu. Odbywa się to tak, że tuleja przesuwna, na stałe zazębiona z wałkiem głównym, pod wpływem ruchu dźwigni zmiany biegów przesuwa się w kierunku koła zębatego danego biegu, swobodnie w tym momencie obracającego się na wałku głównym, aby zazębiając się z nim, przejąć jego obroty i przenieść je na wałek główny.
Zazębienie to jest niemożliwe w sytuacji, gdy obroty danego koła zębatego, wymuszone na nim przez koło zębate wałka sprzęgłowego, są inne niż obroty wałka głównego, a tym samym tulei przesuwnej. Koło zębate danego biegu jest cały czas zazębione z odpowiadającym mu kołem zębatym osadzonym sztywno na wałku sprzęgłowym. Po wysprzęgleniu znika siła napędzająca wałek sprzęgłowy i tkwiące na nim koła zębate szybko zmniejszają obroty w wyniku tarcia w łożyskach oraz oporów, stawianych przez olej w skrzyni biegów.
Równocześnie zmniejszają się swobodne obroty koła zębatego danego biegu. Z chwilą, gdy będą one takie same, jak obroty wałka głównego, wymuszane na nim przez obracające się koła pojazdu za pośrednictwem na stałe złączonych elementów układu napędowego i mechanizmu różnicowego, zazębienie tulei przesuwnej stanie się możliwe i dany bieg zostanie włączony. Aby przyspieszyć ten proces i jednocześnie uniezależnić swobodne obroty koła zębatego danego biegu od obrotów wałka sprzęgłowego, konieczne jest zastosowanie sprzęgła ciernego, które nada obroty wałka głównego kołu zębatemu danego biegu w czasie, kiedy nie będzie napędzany przez silnik wałek sprzęgłowy. Elementem takiego sprzęgła jest mosiężny lub brązowy pierścień zębaty, tkwiący suwliwie na wałku głównym skrzyni biegów pomiędzy tuleją przesuwną i kołem zębatym danego biegu.
Synchronizator ma postać pierścienia, który zaczyna się on obracać jako pierwszy podczas zmiany biegów. Jednocześnie jest on dociskany dzięki sile kierowcy, wywieranej na dźwignię zmiany biegów, poprzez tuleję przesuwną, do wspomnianego koła zębatego. Wewnętrzna powierzchnia synchronizatora ma od strony koła zębatego stożkowe podtoczenie, pasujące do odpowiedniej stożkowatej powierzchni, jaką ma koło zębate po stronie synchronizatora. Jest to więc rodzaj sprzęgła ciernego stożkowego, dzięki któremu obroty synchronizatora są przenoszone na koło zębate, przy czym zwiększanie jego obrotów odbywa się dzięki temu bardzo płynnie.
Z chwilą, gdy koło zębate osiągnie właściwe obroty, następuje jego zazębienie z tuleją przesuwną danego biegu, a tym samym przestaje się ono obracać swobodnie, a jego prędkość obrotowa od tej chwili aż do zmiany biegu, będzie równa prędkości obrotowej wałka głównego. Bieg został włączony, kierowca może puścić pedał sprzęgła i wówczas obroty silnika zrównają się z obrotami wałka sprzęgłowego. Obroty wałka głównego będą odpowiadały przełożeniu, jakie istnieje pomiędzy kołem zębatym wałka sprzęgłowego i współpracującym z nim kołem zębatym wałka głównego.
Powyższy opis jest z konieczności bardzo uproszczony. W rzeczywistości podczas zmiany biegu musi nastąpić zakleszczenie tulei przesuwnej, uniemożliwiające „wyskoczenie” biegu, musi zostać także zablokowana możliwość włączenia innego biegu przed wyłączeniem aktualnie działającego.
Zobacz też: Sprzęgła automatyczne i półautomatyczne