这个问题比较复杂。简单来说，主要原因就是角动量动守恒导致的。在转动物体（在自行车上就是车轮）快速旋转的时候，有保持转动轴指向不变的特性，并且旋转得越快，角动量就越大，保持转动轴指向的能力就越强。车轮的转动轴是水平指向的，所以在快速旋转时，就能维持自行车在水平方向保持平衡。
其次，自行车把的转动也可以调整车子的平衡。当骑车人身体向一侧偏斜时，重心向一侧偏离，对车的整体就会产生一个力矩，有使自行车翻倒的倾向，角动量守恒就会抵抗这种趋势而产生进动，前车轮会改变方向，使车体恢复平衡，从而使车子保持在水平状态。当然，现代自行车的前车叉设计特别适合这种进动的平衡调整。此外，自行车快速运动时，还有很强的离心力的作用，自行车在自动调整平衡时会产生拐弯的圆周运动，速度越快，转弯产生的离心力就越大，可以抵消由于身体侧倾产生的侧翻力，使自行车保持平衡。总之，由于自行车的受力分析比较复杂，自行车的平衡是多方面的因素综合作用的结果。