Os kotrljanja jedna je od tri primarne osi koje se koriste za definiranje i kontrolu gibanja u trodimenzionalnom prostoru. Koristi se prvenstveno u pilotiranju zrakoplova, podmornica i svemirskih letjelica, os kotrljanja definirana je zamišljenom linijom koja prolazi kroz središte letjelice ili vozila od prednje prema stražnjoj strani. Mjereno u stupnjevima rotacije od nule do 359, 0° na osi kotrljanja označava se kao fiksna točka u svemiru, obično uspravna i u razini sa Zemljom u slučaju zrakoplova i podmornica. U svemirskim letjelicama, fiksna nulta točka može biti bilo koja točka koja se čini nepomičnom u odnosu na smjer kretanja letjelice, kao što su Zemlja, Sunce ili orbitalna ravnina koju putuju planeti dok se okreću oko Sunca.
Kada se zrakoplov rotira oko svoje osi kotrljanja, njegov nos će i dalje biti usmjeren u smjeru vožnje dok se krila okreću oko osi. Os kotrljanja povećava se od 0° do 359° u smjeru kazaljke na satu u odnosu na položaj pilota. Na 0° osi kotrljanja, zrakoplov bi letio ravno i ravno; pod kutom od 90°, zrakoplov bi i dalje bio usmjeren u smjeru vožnje, ali bi lijevo krilo bilo usmjereno ravno prema gore, a desno krilo ravno prema dolje. Na 180°, letjelica bi letjela ravno, ali naopako u odnosu na Zemlju.
Postoje okolnosti u kojima će se fiksna točka osi kotrljanja privremeno promijeniti, osobito kada se manevrira ili izvodi zadatak koji zahtijeva kretanje u odnosu na drugi objekt. Svemirska će letjelica promijeniti definiciju svoje osi kotrljanja kada se spaja s drugom letjelicom ili orbitalnom stanicom. U tom slučaju, središte uređaja za pristajanje postat će fiksna točka i svi se pokreti letjelice mjere u odnosu na njega dok se postupak pristajanja ne završi. Kada se završi, fiksna referenca za os kotrljanja ili će se vratiti na svoje prijašnje definicije ili će se ponovno promijeniti na samu orbitalnu stanicu sve dok letjelica ne napusti svoju blizinu.
Os kotrljanja funkcionira u kombinaciji s dvije druge osi, osovinom nagiba i osi skretanja, kako bi se definiralo bilo koje relativno kretanje ili smjer u trodimenzionalnom prostoru. Os nagiba je zamišljena linija koja prolazi središtem vozila s njegove lijeve strane na desnu, a kretanje se mjeri u odnosu na smjer kretanja vozila. Rotiranje na osi nagiba mijenja kut nosa vozila prema gore i prema dolje pri čemu je 0° u ravnini i 90° usmjereno nosu ravno prema gore. Os zakretanja ide od vrha vozila do njegovog dna. Pri kretanju u osi zakretanja, nos vozila se rotira vodoravno ulijevo ili udesno u odnosu na smjer vožnje vozila.