Os eixos balanceadores são mais comuns em motores de quatro cilindros em linha que, devido à assimetria de seu projeto, têm uma vibração inerente de segunda ordem (vibrando no dobro das RPM do motor) que não pode ser eliminada por mais bem balanceados que estejam os componentes internos.
Motores boxer têm os pistões opostos horizontalmente, portanto são naturalmente balanceados e não incorrem na complexidade, no custo ou na perda de potência associados aos eixos balanceadores.
Essa vibração é gerada porque o movimento das bielas em um motor em linha não é simétrico ao longo da rotação do virabrequim; assim, durante um determinado período de rotação do virabrequim, os pistões descendentes e ascendentes nem sempre têm acelerações completamente opostas, gerando uma força de inércia vertical resultante duas vezes por revolução, cuja intensidade aumenta quadraticamente com as RPM, por mais bem casados que os componentes sejam em peso.
O problema aumenta com a maior cilindrada do motor, já que as únicas formas de obter maior cilindrada são um curso de pistão mais longo, aumentando a diferença de aceleração, ou um diâmetro maior, aumentando a massa dos pistões; de qualquer forma, a magnitude da vibração inercial aumenta.
Por muitos anos, dois litros foi considerado o limite “não oficial” de cilindrada para um motor de produção de quatro cilindros em linha com características NVH aceitáveis.
O conceito básico por trás dos eixos balanceadores existe desde 1904, quando foi inventado e patenteado pelo engenheiro britânico Frederick Lanchester.
Dois eixos balanceadores giram em direções opostas no dobro da rotação do motor.
Os pesos excêntricos de tamanho igual nesses eixos são dimensionados e defasados de modo que a reação inercial à sua contrarrotação se anule no plano horizontal, mas se some no plano vertical, gerando uma força resultante de igual magnitude, porém 180 graus defasada da vibração de segunda ordem indesejada do motor básico, cancelando‑a.
No entanto, a implementação real do conceito é concreta o suficiente para ser patenteada.
O problema básico apresentado pelo conceito é suportar e lubrificar adequadamente uma peça que gira no dobro da rotação do motor nas rotações mais altas, onde a vibração de segunda ordem se torna inaceitável.
Há certo debate sobre quanta potência os dois eixos balanceadores custam ao motor. O valor básico citado costuma ser cerca de 15 cv (11 kW), mas isso pode ser excessivo para perdas puramente por atrito. É possível que seja um erro de cálculo derivado do uso comum de um dinamômetro de inércia, que calcula a potência a partir da aceleração angular em vez da medição real do torque em regime permanente. Os 15 cv (11 kW), então, incluem tanto a perda real por atrito quanto o aumento da inércia angular dos eixos que giram rapidamente, que não seria um fator em velocidade constante. No entanto, alguns proprietários modificam seus motores removendo os eixos balanceadores, tanto para recuperar parte dessa potência quanto para reduzir a complexidade e as possíveis áreas de quebra em uso de alto desempenho e corrida, pois é comumente (mas erroneamente) acreditado que a suavidade proporcionada pelos eixos balanceadores pode ser obtida após sua remoção com o balanceamento cuidadoso dos componentes alternativos do motor.
