Os rotacije je pojam koji se koristi u mnogim granama inženjerstva, matematike i znanosti. Koristi se za opisivanje vrste gibanja za objekte koji postoje u trodimenzionalnom (3D) prostoru. To je zamišljena ravna linija povučena kroz 3D objekt oko koje se predmet može rotirati ili okretati. Modeli rotacije koriste se za teorijsku i praktičnu primjenu.
Rotacija oko osi može se dogoditi samo u trodimenzionalnom prostoru, što znači da objekt ima duljinu, širinu i dubinu. Objekti u dvodimenzionalnom (2D) prostoru mogu se rotirati, ali rotacija je oko točke — unutarnje ili vanjske — na ravnoj ravnini, a ne oko osi. Slika se ne može uistinu rotirati oko osi jer ne postoji u sve tri dimenzije – ima duljinu i širinu, ali ne i dubinu. Ako je 2D objekt ucrtan na grafikonu, može se “rotirati” oko X ili Y osi, ali to jednostavno preokreće ili preokreće sliku. Slika je ravna i nestala bi u nekom trenutku ako se okrene kroz punu rotaciju oko bilo koje osi.
Nasuprot tome, 3D objekt se može rotirati oko osi, ali ne može rotirati oko unutarnje točke. To bi uzrokovalo rotaciju objekta u više smjerova u isto vrijeme, duž svake linije koja siječe tu točku, i sam sebe bi rastrgnuo. Dakle, 3D objekt se može rotirati samo oko jedne linije ili osi. Ako se 3D objekt kreće oko vanjske točke, to se naziva revolucijom, a ne rotacijom. Na primjer, Zemlja se rotira oko unutarnje osi i okreće se oko Sunca.
Objekti koji postoje unutar 3D prostora mogu imati više od jedne unutarnje osi rotacije, ali se ne mogu rotirati oko dvije takve osi u isto vrijeme. Na primjer, ako Zemlja ima novu os rotacije koja je okomita na njezinu izvornu os, ne može se vrtjeti u suprotnim smjerovima na obje osi u isto vrijeme. Dok se pokušava okretati u oba smjera, pronaći će točku ravnoteže između njih i stvoriti treću os rotacije duž te linije.
Objekti koji ne mogu izvršiti punu rotaciju ili okretanje još uvijek se mogu smatrati rotirajućim oko osi. Gležnjevi i koljena, kao i mehanički dijelovi i mnogi drugi predmeti, mogu izvoditi ograničenu rotaciju oko zadane unutarnje linije. Budući da su 3D objekti, nazivaju se da imaju os rotacije, iako je sama rotacija ograničena.