Rotationsaxel är en term som används inom många grenar av teknik, matematik och vetenskap. Det används för att beskriva en typ av rörelse för objekt som finns i tredimensionell (3D) rymd. Det är en imaginär rak linje som dras genom ett 3D-objekt runt vilket objektet kan rotera eller snurra. Rotationsmodeller används för både teoretiska och praktiska tillämpningar.
Rotation runt en axel kan bara ske i tredimensionellt utrymme, vilket innebär att ett objekt har längd, bredd och djup. Objekt i tvådimensionell (2D) rymd kan rotera, men rotationen är runt en punkt – antingen intern eller extern – på ett plant plan, inte på en axel. Bilden kan inte riktigt rotera runt en axel eftersom den inte finns i alla tre dimensioner – den har längd och bredd, men inget djup. Om ett 2D-objekt kartläggs på en graf kan det ”roteras” runt X- eller Y-axeln, men detta vänder eller vänder helt enkelt bilden. Bilden är platt och skulle försvinna någon gång om den snurrades genom en hel rotation runt endera axeln.
Däremot kan ett 3D-objekt rotera runt en axel men kan inte rotera runt en intern punkt. Detta skulle få objektet att rotera i många riktningar samtidigt, längs varje linje som skär den punkten, och det skulle slita isär sig själv. Således kan ett 3D-objekt endast rotera runt en linje eller en axel. Om ett 3D-objekt rör sig runt en extern punkt kallas det för ett varv, inte en rotation. Till exempel roterar jorden runt en inre axel och kretsar runt solen.
Objekt som finns i 3D-rymden kan ha mer än en inre rotationsaxel, men de kan inte rotera runt två sådana axlar samtidigt. Till exempel, om jorden har en ny rotationsaxel som är vinkelrät mot sin ursprungliga axel, kan den inte snurra i motsatta riktningar på båda axlarna samtidigt. När den försöker snurra i båda riktningarna kommer den att hitta en balanseringspunkt mellan de två och skapa en tredje rotationsaxel längs den linjen.
Objekt som inte kan utföra en hel rotation eller snurra kan fortfarande betraktas som roterande runt en axel. Anklar och knän, såväl som mekaniska delar och många andra föremål, kan utföra begränsad rotation runt en given inre linje. Eftersom de är 3D-objekt, kallas de för att ha en rotationsaxel, även om själva rotationen är begränsad.