Conçus de manière similaire aux roulements à billes, les roulements à rouleaux présentent un contact linéaire plutôt que ponctuel, ce qui leur confère une capacité de charge supérieure et une meilleure résistance aux chocs. Les rouleaux eux-mêmes se déclinent en plusieurs formes : cylindriques, sphériques, coniques et à aiguilles. Les roulements à rouleaux cylindriques ne supportent que des charges axiales limitées. Les roulements à rouleaux sphériques tolèrent les défauts d'alignement et une charge axiale plus importante, et, lorsqu'ils sont doublés, peuvent supporter une charge axiale dans les deux sens. Les roulements à rouleaux coniques peuvent supporter des charges axiales importantes. Les roulements à aiguilles, une variante des roulements à rouleaux cylindriques, peuvent supporter des charges radiales élevées pour leur taille et peuvent être fabriqués en tant que butées à aiguilles.

Les roulements à rouleaux sont disponibles en version à complément complet, et les roulements à aiguilles sont presque toujours de ce type. Les roulements à aiguilles sont particulièrement performants pour les mouvements alternatifs, mais le frottement entre les rouleaux est plus important.

Lorsqu'on utilise des roulements à rouleaux cylindriques sur des arbres présentant un désalignement angulaire, il est préférable d'utiliser deux roulements à rouleaux courts dos à dos plutôt qu'un seul roulement à rouleaux longs.

Choisir un roulement à billes ou à rouleaux
En règle générale, les roulements à billes sont utilisés à des vitesses plus élevées et sous des charges plus légères que les roulements à rouleaux. Ces derniers offrent une meilleure résistance aux chocs et aux impacts.

Les roulements à billes sont généralement vendus en kit et se remplacent facilement. Les roulements à rouleaux peuvent souvent être démontés et le porte-rouleaux et les rouleaux, ou les bagues intérieure et extérieure, remplacés individuellement. Les voitures à propulsion utilisent ce type de montage pour les roues avant. L'avantage de cette conception est que les bagues peuvent être emmanchées à chaud sur les arbres et dans les logements pour former des ensembles permanents sans risquer d'endommager les rouleaux.

Les roulements à billes à une rangée sont standardisés et interchangeables entre les fabricants. Les roulements à rouleaux, quant à eux, sont moins standardisés ; il est donc nécessaire de consulter le catalogue du fabricant pour choisir celui qui convient à l’application.

Les roulements à billes sont fabriqués avec un certain jeu interne. Un léger décalage d'une bille, réduisant ce jeu, n'aura que peu d'incidence sur la durée de vie du roulement. Les roulements à rouleaux sont plus sensibles aux défauts d'alignement angulaire. Par exemple, un roulement à billes fonctionnant à vitesse modérée avec un jeu important peut tolérer un défaut d'alignement angulaire de 0,05 à 0,1 mm entre le roulement et l'arbre. En revanche, un roulement à rouleaux cylindriques pourrait présenter des problèmes si le défaut d'alignement dépasse 0,025 mm. Les fabricants indiquent généralement les plages de défauts d'alignement angulaire admissibles pour leurs roulements.