非線性耦合主要用于混合系統中一級機構與更高類別機構之間的聯接，也可用于二級機構之間和二級機構與更高類別機構之間的聯接。非線性耦合的基本特征是為后續基本機構提供所需的多個輸入運動。同樣，以平面機構為例，非線性耦合的主要特征有：結構特性。非線性耦合的結構關系比較復雜。非線性耦合的實質在于由前置機械向后續機構提供與其類別等級數目相符的輸入運動，經過后續機構的運動集成或綜合產生出所需的運動規律，在獲得特殊運動規律方面有較強的適應能力。不全可分性。對于混合系統分割出來所有基本機構均加以數目等于所在分系統類別的原動件，那么類別高于所在分系統類別的機構均不具備確定運動的條件，即不能獨立地行使傳遞運動或非線性系統。含有非線性耦合的機械傳動系統稱為非線性系統。綜上所述，非線性耦合會使機械傳動系統的結構復雜化，給運動分析和型綜合帶來一定的困難。但其綜合效果好，適應能力強。對于實現特殊運動規律而言，型綜合的質量不但關系著機構綜合的最終結果，也直接影響著尺度綜合工作的難易程度。恰當的非線性耦合可能會減少尺度綜合工作的難度。
機械傳動系統的自由度計算機械傳動系統的自由度計算仍然可以采用機構自由度的計算公式。但是在進行機械傳動系統的結構分析時，如果能夠寫出類似于機械傳動系統結構式，就不必逐一地核算活動構件和運動件數目及類別，而使用更方便的公式計算系統的自由度并作為判斷系統組成關系是否正確的條件。
