車輪倒轉的錯覺主要是由於視覺暫留現象引起的。視覺暫留是指當光線照射到視網膜上後，視覺感知並不會立即消失，而是會在視網膜上停留一段時間。這個現象通常發生在0.1到0.4秒之間。當車輪以一定的速度旋轉時，輪子上的標誌物（如輻條）會以一定的頻率經過觀察者的視線。如果車輪的轉速使得觀察者每秒捕捉一次圖像，且轉速適中，例如每秒1.2圈，那麼輻條的位置會在觀察者的視線中稍微提前一點，從而給人一種車輪向前轉動的感覺。
然而，如果車速更快，車輪的轉速達到了每秒1.8圈，那麼輻條的位置會在觀察者的視線中稍微落後一點，這樣就會給人一種車輪向後轉動的感覺。這種現象並不是車輪真正的轉動方向發生了變化，而是一種由於視覺暫留造成的錯覺。實際上，車輪的輪轂和輪胎是通過剛性連接固定的，因此在正向行駛時不可能出現反轉的情況。