Zahnriemen oder Synchronriemen sind ebenfalls eine Sonderform der Treibriemen.

Auf der Innenseite des Riemens sind, ähnlich wie bei einer Kette, Zähne aus Gummi (Neopren) oder Kunststoff (Polyurethan) ausgeformt, die in ein spezielles Zahnrad eingreifen.Vorteil bei dieser Form ist, dass der Umschlingungswinkel des Riemens auf dem Zahnrad nicht so groß sein muss, wie bei den Keil- oder Flachriemen. Außerdem weist diese Form der Kraftübertragung keinen Schlupf auf. Durch die Möglichkeit von hohen Drehzahlen, seiner Laufruhe und nicht zuletzt durch den Preis ist der Zahnriemen eine Alternative zu Antriebs- oder Steuerketten.
Als Nachteile gegenüber Ketten sind die schlechtere Temperaturbeständigkeit und die (abhängig vom Einsatzzweck) teilweise geringere Lebensdauer zu nennen.

Die Kraftübertragung erfolgt durch den im Zahnriemen vorhandenen Zugstrang, welcher meist aus Glasfasern oder Aramidfasern (seltener aus Stahlseilen) besteht. Auf der Innenseite des Zahnriemens ist ein abriebfestes Gewebe angebracht, um die aus Elastomer bestehenden Zähne vor Verschleiß zu schützen.

Es gibt Sonderformen bei denen sowohl innen als auch außen auf dem Zahnriemen Zähne angebracht sind. Diese können jeweils unterschiedliche Abstände haben. Durch geeignete Umlenkungen und Zahnformen ist sehr unterschiedliches Verhalten des Getriebes möglich.

Eine typische Anwendung für Gummizahnriemen ist der Einsatz, als Alternative zur Steuerkette für den Antrieb der Nockenwelle von der Kurbelwelle in Viertaktmotoren, vor allem in Kraftfahrzeugen
In Positioniersystemen mit Servomotoren, Handlingmodulen und anderen Linearantrieben, die z.B. bei Verpackungsmaschinen oder in Industrierobotern eingesetzt werden, kommen sogenannte Zahnriemenantriebe zum Einsatz. Ein weiteres Anwendungsgebiet findet sich bei Motorrädern, wo Zahnriemen zum Antrieb des Hinterrades verwendet werden.