น้ำมันพื้นฐานเป็นส่วนประกอบหลักของสารหล่อลื่นเหลวทุกชนิด น้ำมันพื้นฐานมีสองประเภทหลัก ได้แก่ น้ำมันแร่และน้ำมันสังเคราะห์

มีการใช้สารเติมแต่งจำนวนมากเพื่อเพิ่มคุณลักษณะการทำงานให้กับสารหล่อลื่น สารหล่อลื่นสำหรับยานยนต์สมัยใหม่มีสารเติมแต่งมากถึง 10 ชนิด ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนถึง 20% ของสารหล่อลื่น โดยกลุ่มสารเติมแต่งหลักๆ ได้แก่: ^{[ 4 ]}

• สารลด จุดเยือกแข็ง เป็นสารประกอบที่ป้องกันการตกผลึกของแว็กซ์ อัลคิลเบนซีนสายยาวจะเกาะติดกับผลึกแว็กซ์ขนาดเล็ก ป้องกันการเจริญเติบโตของผลึก
• สารป้องกันการเกิดฟองโดยทั่วไปคือสารประกอบซิลิโคน ซึ่งช่วยเพิ่ม แรงตึงผิวเพื่อยับยั้งการเกิดฟอง
• สารเพิ่มดัชนีความหนืด (VII) คือสารประกอบที่ช่วยให้สารหล่อลื่นคงความหนืดไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น สาร VII ทั่วไปได้แก่โพลีอะคริเลตและบิวทาไดอีน
• สารต้านอนุมูลอิสระช่วยยับยั้งอัตราการเสื่อมสภาพจากการออกซิเดชันของโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนภายในสารหล่อลื่น ที่อุณหภูมิต่ำ จะใช้สารยับยั้งอนุมูลอิสระ เช่น ฟีนอลที่มีหมู่กีดขวาง เช่น บิวทิเลตไฮดรอกซีโทลู อี น ที่อุณหภูมิสูงกว่า 90  องศาเซลเซียส ซึ่งโลหะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการออกซิเดชัน ไดไทโอฟอสเฟตจะมีประโยชน์มากกว่า ในการใช้งานแบบหลังนี้ สารเติมแต่งจะเรียกว่าสารยับยั้งการทำงานของโลหะ
• สารทำความสะอาดช่วยให้ชิ้นส่วนเครื่องยนต์สะอาดอยู่เสมอ โดยป้องกันการก่อตัวของคราบสกปรกบนพื้นผิวสัมผัสที่อุณหภูมิสูง
• สารยับยั้งการกัดกร่อน (สารป้องกันสนิม) โดยทั่วไปมักเป็นสารอัลคาไลน์ เช่น เกลืออัลคิลซัลโฟเนต ซึ่งจะดูดซับกรดที่อาจกัดกร่อนชิ้นส่วนโลหะ
• สารเติม แต่งป้องกันการสึกหรอจะสร้าง 'ฟิล์มไตรโบ' ป้องกันบนชิ้นส่วนโลหะ ช่วยลดการสึกหรอโดยแบ่งออกเป็นสองประเภทตามความแข็งแรงในการยึดเกาะกับพื้นผิว ตัวอย่างที่นิยมได้แก่ฟอสเฟตเอสเทอร์และซิงค์ไดไทโอฟอสเฟต^{[ 9 ]}
• สารเพิ่ม ความทนทานต่อแรงดันสูง (ป้องกันรอยขีดข่วน) จะสร้างฟิล์มป้องกันบนชิ้นส่วนโลหะที่เสียดสีกัน สารเหล่านี้มักเป็นสารประกอบกำมะถัน เช่น ไดไทโอฟอสเฟต
• สารปรับแรงเสียดทานช่วยลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบอบการหล่อลื่นแบบขอบเขตที่พื้นผิวสัมผัสกันโดยตรง^{[ 10 ]}

สารเคลือบป้องกันการเกาะติดถูกออกแบบมาเพื่อลดคุณสมบัติการยึดเกาะ (ความเหนียว) ของวัสดุต่างๆ อุตสาหกรรมยาง ท่อ และสายไฟและสายเคเบิลเป็นผู้บริโภคผลิตภัณฑ์ป้องกันการเกาะติดรายใหญ่ที่สุด แต่แทบทุกอุตสาหกรรมก็ใช้สารป้องกันการเกาะติดในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง สารป้องกันการเกาะติดแตกต่างจากสารหล่อลื่นตรงที่สารป้องกันการเกาะติดถูกออกแบบมาเพื่อลดคุณสมบัติการยึดเกาะโดยธรรมชาติของสารประกอบ ในขณะที่สารหล่อลื่นถูกออกแบบมาเพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิวใดๆ

โดยทั่วไป แล้ว สารหล่อลื่นจะใช้เพื่อแยกชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ในระบบ การแยกนี้มีประโยชน์ในการลดแรงเสียดทาน การสึกหรอ และความล้าของพื้นผิว รวมถึงลดการเกิดความร้อน เสียงรบกวน และการสั่นสะเทือนขณะทำงาน สารหล่อลื่นสามารถทำเช่นนี้ได้หลายวิธี วิธีที่พบมากที่สุดคือการสร้างกำแพงทางกายภาพ กล่าวคือ ชั้นบางๆ ของสารหล่อลื่นจะแยกชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ออกจากกัน ซึ่งคล้ายกับปรากฏการณ์ไฮโดรแพลนนิ่ง คือการสูญเสียแรงเสียดทานที่สังเกตได้เมื่อยางรถยนต์แยกออกจากพื้นผิวถนนขณะเคลื่อนที่ผ่านน้ำขัง นี่เรียกว่าการหล่อลื่นแบบไฮโดรไดนามิก ในกรณีที่มีแรงดันพื้นผิวหรืออุณหภูมิสูง ฟิล์มของเหลวจะบางลงมาก และแรงบางส่วนจะถูกส่งผ่านระหว่างพื้นผิวผ่านสารหล่อลื่น

โดยทั่วไป แรงเสียดทานระหว่างสารหล่อลื่นกับพื้นผิวจะน้อยกว่าแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวกับพื้นผิวในระบบที่ไม่มีสารหล่อลื่น ดังนั้น การใช้สารหล่อลื่นจึงช่วยลดแรงเสียดทานโดยรวมของระบบ การลดแรงเสียดทานมีประโยชน์ในการลดการเกิดความร้อนและลดการก่อตัวของอนุภาคสึกหรอ รวมถึงเพิ่มประสิทธิภาพ สารหล่อลื่นอาจมีสารเติมแต่งที่มีขั้วที่ เรียกว่าสารปรับแรงเสียดทาน ซึ่งจะจับกับพื้นผิวโลหะทางเคมีเพื่อลดแรงเสียดทานของพื้นผิว แม้ว่าจะมีสารหล่อลื่นในปริมาณไม่เพียงพอสำหรับการหล่อลื่นแบบไฮโดรไดนามิก เช่น การปกป้องชุดวาล์วในเครื่องยนต์รถยนต์ขณะสตาร์ท น้ำมันพื้นฐานเองก็อาจมีลักษณะเป็นขั้วและส่งผลให้สามารถจับกับพื้นผิวโลหะได้โดยธรรมชาติ เช่นเดียวกับน้ำมันโพลีเอสเตอร์

ทั้งสารหล่อลื่นที่เป็นก๊าซและของเหลวสามารถถ่ายเทความร้อนได้ อย่างไรก็ตาม สารหล่อลื่นที่เป็นของเหลวมีประสิทธิภาพมากกว่ามากเนื่องจากมีค่าความจุความร้อนจำเพาะ สูง โดยทั่วไปแล้ว สารหล่อลื่นที่เป็นของเหลวจะถูกหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องไปยังส่วนที่เย็นกว่าของระบบ แม้ว่าอาจใช้สารหล่อลื่นในการให้ความร้อนเช่นเดียวกับการให้ความเย็นเมื่อต้องการควบคุมอุณหภูมิ การหมุนเวียนนี้ยังเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ถูกระบายออกไปในแต่ละหน่วยเวลา ระบบที่มีอัตราการไหลสูงสามารถระบายความร้อนได้มากและมีข้อดีเพิ่มเติมคือช่วยลดความเครียดจากความร้อนต่อสารหล่อลื่น ดังนั้นจึงสามารถใช้สารหล่อลื่นที่เป็นของเหลวที่มีต้นทุนต่ำกว่าได้ ข้อเสียหลักคือ ระบบที่มีอัตราการไหลสูงมักต้องการอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่และหน่วยระบายความร้อนขนาดใหญ่กว่า ข้อเสียรองคือ ระบบที่มีอัตราการไหลสูงที่อาศัยอัตราการไหลเพื่อปกป้องสารหล่อลื่นจากความเครียดจากความร้อนนั้นมีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายร้ายแรงในระหว่างการปิดระบบอย่างกะทันหันเทอร์โบชาร์จเจอร์ ระบายความร้อนด้วยน้ำมันในรถยนต์ เป็นตัวอย่างทั่วไป เทอร์โบชาร์จเจอร์จะร้อนจัดขณะทำงาน และน้ำมันที่ใช้ระบายความร้อนนั้นจะคงสภาพอยู่ได้ก็ต่อเมื่อระยะเวลาที่อยู่ในระบบสั้นมาก (เช่น อัตราการไหลสูง) หากระบบหยุดทำงานกะทันหัน (เช่น จอดรถในศูนย์บริการหลังจากขับด้วยความเร็วสูงและดับเครื่องยนต์) น้ำมันในเทอร์โบชาร์จเจอร์จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันทันทีและอุดตันทางเดินน้ำมันด้วยคราบตะกอน เมื่อเวลาผ่านไป คราบตะกอนเหล่านี้อาจอุดตันทางเดินน้ำมันทั้งหมด ทำให้การระบายความร้อนลดลง ส่งผลให้เทอร์โบชาร์จเจอร์เสียหายโดยสิ้นเชิง โดยทั่วไปมักเกิดจากตลับลูกปืน ติดขัด สารหล่อลื่นที่ไม่ไหล เช่น จาระบีและสารข้น ไม่สามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ว่าจะมีส่วนช่วยลดการเกิดความร้อนในตอนแรกก็ตาม

ระบบหมุนเวียนสารหล่อลื่นมีข้อดีคือช่วยพัดพาเศษสิ่งสกปรกที่เกิดขึ้นภายในและสิ่งปนเปื้อนจากภายนอกที่เข้ามาในระบบไปยังตัวกรองเพื่อกำจัดออก สารหล่อลื่นสำหรับเครื่องจักรที่สร้างเศษสิ่งสกปรกหรือสิ่งปนเปื้อนเป็นประจำ เช่น เครื่องยนต์รถยนต์ มักจะมีสารชะล้างและสารกระจายตัวเพื่อช่วยในการขนส่งเศษสิ่งสกปรกและสิ่งปนเปื้อนไปยังตัวกรองและกำจัดออก เมื่อเวลาผ่านไป ตัวกรองจะอุดตันและต้องทำความสะอาดหรือเปลี่ยนใหม่ ดังนั้นจึงแนะนำให้เปลี่ยนไส้กรองน้ำมันเครื่องของรถยนต์พร้อมกับการเปลี่ยนน้ำมันเครื่อง ในระบบปิด เช่น เกียร์ ตัวกรองอาจเสริมด้วยแม่เหล็กเพื่อดึงดูดเศษเหล็กที่เกิดขึ้น

เป็นที่ชัดเจนว่าในระบบไหลเวียนน้ำมัน ความสะอาดของน้ำมันจะขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของไส้กรอง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องน่าเสียดายที่ไม่มีมาตรฐานอุตสาหกรรมใด ๆ ที่ผู้บริโภคสามารถใช้ประเมินประสิทธิภาพการกรองของไส้กรองรถยนต์ประเภทต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดาย ไส้กรองรถยนต์ที่ด้อยคุณภาพจะลดอายุการใช้งานของเครื่องยนต์และทำให้ระบบทำงานได้อย่างไม่มีประสิทธิภาพ

สารหล่อลื่นที่เรียกว่าน้ำมันไฮดรอลิกถูกใช้เป็นของเหลวทำงานในระบบส่งกำลังแบบไฮโดรสแตติก น้ำมันไฮดรอลิกเป็นส่วนประกอบสำคัญของสารหล่อลื่นทั้งหมดที่ผลิตในโลกตัวแปลงแรงบิดของระบบเกียร์อัตโนมัติเป็นอีกหนึ่งการใช้งานที่สำคัญสำหรับการส่งกำลังโดยใช้สารหล่อลื่น

สารหล่อลื่นช่วยป้องกันการสึกหรอโดยลดแรงเสียดทานระหว่างสองชิ้นส่วน นอกจากนี้ สารหล่อลื่นอาจมีสารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอหรือสารรับแรงดันสูงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันการสึกหรอและความล้า

สารหล่อลื่นหลายชนิดถูกผลิตขึ้นโดยมีสารเติมแต่งที่สร้างพันธะทางเคมีกับพื้นผิวหรือที่ป้องกันความชื้น เพื่อป้องกันการกัดกร่อนและสนิม ช่วยลดการกัดกร่อนระหว่างพื้นผิวโลหะสองชิ้นและหลีกเลี่ยงการสัมผัสระหว่างพื้นผิวเหล่านี้เพื่อป้องกันการกัดกร่อนแบบจุ่ม

สารหล่อลื่นจะแทรกตัวเข้าไปในช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ด้วยแรงดึงดูดของเหลว ทำให้ช่องว่างนั้นถูกปิดผนึก สามารถนำหลักการนี้ไปใช้ในการปิดผนึกลูกสูบและเพลาได้