Axa de rotație este un termen folosit în multe ramuri ale ingineriei, matematicii și științelor. Este folosit pentru a descrie un tip de mișcare pentru obiectele existente în spațiul tridimensional (3D). Este o linie dreaptă imaginară trasată printr-un obiect 3D în jurul căreia obiectul se poate roti sau învârti. Modelele de rotație sunt utilizate atât pentru aplicații teoretice, cât și practice.
Rotația în jurul unei axe poate avea loc numai în spațiul tridimensional, ceea ce înseamnă că un obiect are lungime, lățime și adâncime. Obiectele din spațiul bidimensional (2D) se pot roti, dar rotația are loc în jurul unui punct – fie interior, fie extern – pe un plan plat, nu pe o axă. Imaginea nu se poate roti cu adevărat în jurul unei axe, deoarece nu există în toate cele trei dimensiuni – are lungime și lățime, dar fără adâncime. Dacă un obiect 2D este reprezentat pe un grafic, acesta poate fi „rotit” în jurul axei X sau Y, dar acest lucru pur și simplu întoarce sau inversează imaginea. Imaginea este plată și ar dispărea la un moment dat dacă este rotită printr-o rotație completă în jurul oricărei axe.
În schimb, un obiect 3D se poate roti în jurul unei axe, dar nu se poate roti în jurul unui punct intern. Acest lucru ar face ca obiectul să se rotească în mai multe direcții în același timp, de-a lungul fiecărei linii care intersectează acel punct și s-ar rupe singur. Astfel, un obiect 3D se poate roti doar în jurul unei linii sau a unei axe. Dacă un obiect 3D se mișcă în jurul unui punct exterior, se numește revoluție, nu rotație. De exemplu, Pământul se rotește pe o axă internă și se învârte în jurul Soarelui.
Obiectele existente în spațiul 3D pot avea mai multe axe interne de rotație, dar nu se pot roti în jurul a două astfel de axe în același timp. De exemplu, dacă Pământul are o nouă axă de rotație care este perpendiculară pe axa sa originală, acesta nu se poate roti în direcții opuse pe ambele axe în același timp. Pe măsură ce încearcă să se rotească în ambele direcții, va găsi un punct de echilibrare între cele două și va crea o a treia axă de rotație de-a lungul acelei linii.
Obiectele care nu pot efectua o rotație completă sau rotire pot fi considerate totuși ca rotind în jurul unei axe. Gleznele și genunchii, precum și piesele mecanice și multe alte articole, pot efectua o rotație limitată în jurul unei linii interne date. Deoarece sunt obiecte 3D, ele sunt menționate ca având o axă de rotație, chiar dacă rotația în sine este limitată.