Ein Kniehebel besteht aus mindestens zwei miteinander gelenkig verbundenen Hebelelementen. Wie bei jedem Hebel wird entsprechend dem Hebelgesetz ein großer Hubweg bei geringer Zug- oder Druckkraft in einen kleinen Hub mit großer Kraft umgesetzt oder umgekehrt (Kraftmultiplikator).
Die Besonderheit des Kniehebelprinzips liegt darin, dass sich das Übersetzungsverhältnis zwischen aufgewendeter Kraft zu resultierender Kraft während der Bewegung kontinuierlich verschiebt. Ebenso verschiebt sich das Verhältnis zwischen primärem Hub zu sekundärem Hub, jedoch umgekehrt proportional zur Kraft: Im gebeugten Zustand bewirkt der Kniehebel eine hohe Wegübersetzung bei einer geringen Kraftübersetzung. Je weiter sich der Kniehebel dem durchgestreckten Zustand annähert, desto stärker nimmt die Hubgeschwindigkeit bei gleichbleibender Betätigungsgeschwindigkeit ab, die Presskraft dagegen zu. Bei durchgestrecktem Kniehebel geht die Kraft theoretisch gegen unendlich.
Diese Eigenschaft des Kniehebels wird genutzt, um etwa in einer Kniehebelpresse den Pressstempel zunächst zügig an das Pressgut heranzuführen, das Pressgut sodann bei mittlerer Geschwindigkeit und mittlerem Druck zu komprimieren, und den Preßvorgang schließlich mit geringer Geschwindigkeit und sehr hohem Druck abzuschließen.