Osovina vagona je osovina kojom su jedan ili dva kotača vagona pričvršćena za sam vagon. Vagoni općenito imaju dvije osovine sa po dva kotača, jednu osovinu sprijeda i jednu straga. Stražnja osovina je obično fiksirana u odnosu na karoseriju vagona, ali je prednja osovina ponekad pričvršćena preko zakretnog zgloba koji olakšava okretanje. Osovine vagona smatraju se mrtvim ili lijenim osovinama – za razliku od osovina pod naponom – jer se ne koriste za prijenos snage na kotače za pomicanje vagona.
Kotači su vrlo učinkoviti uređaji koji se koriste u transportu, ali jedan od prvih izazova s kojima se čovjek suočio u njihovoj implementaciji bilo je pitanje kako ih pričvrstiti na platforme ili kutije koje mogu nositi znatna opterećenja. Osovine su razvijene za tu svrhu — šipke ili osovine umetnute kroz središte kotača okomito na smjer kretanja kotača. Na tijelo vagona pričvršćeni su uređaji koji izgledaju kao kratke cijevi, zvani ležajevi. Osovina vagona se montira kroz ležajeve, a zatim se kotači montiraju na osovinu.
Glavina kotača vagona, smještena u njegovom središtu, je sklop dizajniran za pričvršćivanje kotača na osovinu vagona. U središtu kotača nalazi se rupa, obično obložena čelikom ili željezom. Kotač je montiran na kraju osovine, koji je obično obložen tankim čeličnim ili željeznim limom. Ogrlice se zatim montiraju s unutarnje i vanjske strane kotača i pričvršćuju na kotač i osovinu, pričvršćujući kotač. Ova konkretna konstrukcija osovine, nazvana set kotača, zahtijeva da se osovina vagona i oba kotača okreću istom brzinom.
Međutim, set kotača ima svojstven problem dizajna. Kada se vagon okreće, kotači na vanjskoj strani zavoja moraju kretati dalje od unutarnjeg kotača. Kotači će tada kliziti i preskočiti površinu u zavoju, ovisno o tome koji ima bolju vuču, što u konačnici dovodi do oštećenja strukture. U vozilima s pogonom ovaj problem rješava diferencijalni zupčanik, koji dopušta da se dva kotača na osovini okreću različitim brzinama. Napredniji dizajn vagona rješava problem tako što pušta kotače da se rotiraju neovisno jedan o drugom.
Neovisna rotacija kotača može se postići fiksiranjem osovine; odnosno pričvršćivanje na karoseriju vagona tako da se uopće ne može okretati. Osovina tada može biti jedna osovina koja spaja dva kotača, ili dvije kratke osovine povezane s karoserijom vagona neovisno jedna o drugoj. Ležajevi su ugrađeni unutar glavčine kotača, tako da se rotiraju oko fiksne osovine.