Avtorotacija je letalski izraz, ki se uporablja za opis posebnega obnašanja, ki ga prikazujejo letala s fiksnimi in rotacijskimi krili, ko so v zraku. Dejansko gibanje, čeprav ima isto ime, se med tema dvema vrstama dejansko precej razlikuje. Pri letalih in drugih plovilih z nepremičnimi krili je pojav, pri katerem se letalo nagiba k obračanju v eno ali drugo smer in se še naprej vrti v isti smeri, ko se približuje hlevu. Precej bolj zapleteno pri letalih z rotacijskimi krili, helikopter ali avtožiroskop v stanju avtorotacije ustvarja dvig iz glavnega rotorja brez pomoči motorja.
Avtožiroskopi so edinstveni po tem, da njihov glavni rotor vedno ni napajan, zato ustvarjajo dvig izključno in namenoma z avtorotacijo. Samo propeler v avtožiru se poganja, njegova naloga pa je le zagotavljanje usmerjenega potiska, ne dviga. Za primerjavo, helikopterji se običajno samodejno vrtijo samo, ko so prisiljeni v izrednih razmerah po odpovedi motorja. Vendar je fizika za avtorotacijo v helikopterjih in avtožirih enaka.
V bistvu se rotor začne samodejno vrteti takoj, ko se začne vrteti hitreje kot motor, ki ga poganja. Tudi v primeru avtogria se to zgodi takoj, saj ni rotorskega motorja. Matematika, ki opisuje, kako deluje avtorotacija, je zapletena. Na splošno pa se zanaša na uravnoteženje različnih količin navora na zunanjem in notranjem delu glavnega rotorja. Ravnotežje je treba vzdrževati s stalnimi, majhnimi popravki, da je plovilo obvladljivo.
Ko se zrak premika navzgor skozi premikajoči se rotor, oblika njegovih lopatic povzroči naravno vrtenje. To se zgodi na približno enak način, kot se lahko stropni ventilator vrti počasi v hiši s prepihom, tudi ko je izklopljen. V primeru helikopterjev to pomeni, da je plovilo mogoče nadzorovati in varno pristati tudi brez moči motorja. Številni zagovorniki helikopterjev trdijo, da je avtorotacija in posledična sposobnost pilota, da ohrani nadzor, tudi če ni gibanja naprej, veliko bolj varna kot njihovi kolegi z nepremičnimi krili.
Avtorotacija v helikopterjih je mehansko omogočena s pomočjo posebne vrste sklopke, znane kot enota za prosti tek. Ta naprava, pritrjena na rotor, deluje na približno enak način, kot avtomobilska sklopka omogoča, da se avto še naprej premika, tudi ko je pritisnjen. Enote za prosti tek delujejo samo v eni smeri, zato je nemogoče, da bi se rotorji kdaj zavrteli v napačno smer in speljali helikopter navzdol. Enote s prostim tekom in avtorotacija na splošno za let z rotacijskimi krili so tako kritične, da morajo vsi modeli helikopterjev z enim motorjem v Združenih državah in številnih drugih državah dokazati, da so tega sposobni, preden se štejejo za plovne.