Autorotacja jest terminem lotniczym używanym do opisania szczególnego zachowania wykazywanego zarówno przez samoloty ze skrzydłami stałymi, jak i wiropłatami podczas lotu. Rzeczywisty ruch, choć ma tę samą nazwę, w rzeczywistości różni się od tych dwóch typów. W samolotach i innych statkach o nieruchomych skrzydłach jest to zjawisko polegające na tym, że samolot ma tendencję do kołysania się w jedną lub drugą stronę i kontynuowania obrotu w tym samym kierunku, gdy zbliża się do przeciągnięcia. Dużo bardziej skomplikowane, w wiropłatach, śmigłowiec lub wiatrakowiec w stanie autorotacji generuje siłę nośną z głównego wirnika, bez pomocy silnika.
Żyroskopy są wyjątkowe, ponieważ ich główny wirnik jest zawsze pozbawiony zasilania, więc generują siłę nośną wyłącznie i celowo poprzez autorotację. Napędzane jest tylko śmigło w wiatrakowcach, a jego zadaniem jest wyłącznie zapewnienie ciągu kierunkowego, a nie unoszenia. Dla porównania śmigłowce zazwyczaj wykonują autorotację tylko wtedy, gdy są zmuszane do ruchu w sytuacjach awaryjnych po awarii silnika. Fizyka stojąca za autorotacją w helikopterach i wiatrakowcach jest jednak taka sama.
Zasadniczo wirnik zaczyna się autorotować, gdy tylko zaczyna się obracać szybciej niż silnik, który go napędza. Ponownie, w przypadku autogryo dzieje się to natychmiast, ponieważ nie ma silnika wirnika. Matematyka opisująca działanie autorotacji jest złożona. Jednak ogólnie rzecz biorąc, polega on na równoważeniu różnych wielkości momentu obrotowego na zewnętrznej i wewnętrznej części wirnika głównego. Równowaga musi być utrzymywana przez ciągłe, drobne korekty, aby utrzymać kontrolę nad jednostką.
Gdy powietrze przemieszcza się w górę przez ruchomy wirnik, kształt jego łopatek powoduje, że obracają się one naturalnie. Dzieje się to w podobny sposób, jak wentylator sufitowy może się powoli obracać w przewiewnym domu, nawet gdy jest wyłączony. W przypadku śmigłowców oznacza to, że statkiem można sterować i bezpiecznie lądować nawet bez żadnego silnika. Wielu zwolenników śmigłowców twierdzi, że autorotacja i wynikająca z niej zdolność pilota do utrzymywania kontroli nawet wtedy, gdy nie ma ruchu do przodu, czyni je znacznie bezpieczniejszymi niż ich odpowiedniki ze skrzydłami stałymi.
Autorotacja w helikopterach jest możliwa mechanicznie dzięki specjalnemu rodzajowi sprzęgła, znanemu jako jednostka wolnobiegowa. To urządzenie, przymocowane do wirnika, działa mniej więcej w taki sam sposób, w jaki sprzęgło samochodowe umożliwia jazdę samochodu, nawet gdy jest wciśnięty. Jednostki wolnobieżne działają tylko w jednym kierunku, więc niemożliwe jest, aby wirniki kiedykolwiek zakręciły się w niewłaściwy sposób i zjechały helikopterem w dół. Jednostki wolnobieżne i generalnie autorotacja są tak krytyczne dla lotu z wiropłatami, że wszystkie konstrukcje śmigłowców jednosilnikowych w Stanach Zjednoczonych i wielu innych krajach muszą udowodnić, że są do tego zdolne, zanim zostaną uznane za zdatne do lotu.