Ett föremål sägs nå kritisk hastighet när dess rotationshastighet motsvarar en av dess naturliga frekvenser. Denna typ av hastighet studeras i en gren av fysiken som kallas rotordynamik, som handlar om rotations- eller vinkelrörelse. Ett roterande föremål, såsom en propeller eller en centrifugalpump, måste ofta passera genom en eller flera av sina kritiska hastigheter när det accelererar eller bromsar. När de arbetar med kritisk hastighet vibrerar dessa föremål med hög amplitud, vilket kan orsaka skada.
Alla föremål som är sammansatta av ett elastiskt material har en eller flera naturliga frekvenser. Den naturliga frekvensen för ett föremål är antalet gånger det kommer att röra sig fram och tillbaka när det väl sätts i rörelse. När ett föremål vibrerar vid en av dess naturliga frekvenser, sägs det ha resonans, eller en stor vibrationsamplitud. I till exempel ett musikinstrument är denna resonans önskvärd eftersom den orsakar en naturlig förstärkning av instrumentets ljud. Inom rotordynamik är dock denna resonans oönskad eftersom den får de inblandade mekaniska delarna att vibrera kraftigt, vilket kan skada systemet.
Det finns ett antal stimuli som kan orsaka resonans, varav en är rotationsrörelse. När ett föremåls rotationsrörelse, även kallad vinkelhastighet, orsakar resonans är den i kritisk hastighet. Roterande mekaniska föremål måste utformas för att passera snabbt genom dessa hastigheter så att den förstärkta vibrationen som uppstår vid denna hastighet inte resulterar i skada.
En centrifugalpump eller en propeller kommer att röra sig genom olika vinkelhastigheter när den accelererar eller bromsar. Medan ett rörligt system som detta naturligtvis kommer att ha en viss vibration, måste den förstärkta vibrationen vid den kritiska hastigheten undvikas eller passera snabbt om systemet ska hålla i sig över tid. Rotordynamics är alltså mycket angelägen om att lösa de olika kritiska hastigheterna som kan påverka livslängden på en roterande maskin.
Den lägsta rotationsfrekvensen som får ett föremål att vibrera vid en av dess naturliga frekvenser kallas dess första kritiska hastighet. Ett objekt kan ha ett oändligt antal kritiska hastigheter, men det viktigaste för ingenjörer att överväga är det första. Vissa roterande föremål är designade att arbeta under sin första kritiska hastighet, men många roterar över denna hastighet. Så länge som rotationshastigheten passerar snabbt genom den kritiska hastigheten, bör detta inte ha någon betydande inverkan på den roterande maskinens livslängd. Problem kan dock uppstå om ett föremål är designat att rotera med sin kritiska hastighet, eftersom de resulterande vibrationerna kan få maskinen att gå sönder.