Os vrtenja je izraz, ki se uporablja v številnih vejah inženiringa, matematike in znanosti. Uporablja se za opis vrste gibanja predmetov, ki obstajajo v tridimenzionalnem (3D) prostoru. To je namišljena ravna črta, narisana skozi 3D predmet, okoli katere se predmet lahko vrti ali vrti. Modeli rotacije se uporabljajo za teoretično in praktično uporabo.
Vrtenje okoli osi se lahko pojavi samo v tridimenzionalnem prostoru, kar pomeni, da ima predmet dolžino, širino in globino. Predmeti v dvodimenzionalnem (2D) prostoru se lahko vrtijo, vendar je vrtenje okoli točke – notranje ali zunanje – na ravni ravnini, ne na osi. Slika se ne more zares vrteti okoli osi, saj ne obstaja v vseh treh dimenzijah – ima dolžino in širino, vendar ni globine. Če je 2D predmet narisan na grafu, ga je mogoče “zasukati” okoli osi X ali Y, vendar to preprosto obrne ali obrne sliko. Slika je ravna in bi na neki točki izginila, če bi jo zavrteli skozi polno rotacijo okoli katere koli osi.
Nasprotno pa se 3D predmet lahko vrti okoli osi, ne more pa se vrteti okoli notranje točke. To bi povzročilo, da bi se predmet vrtel v več smereh hkrati, vzdolž vsake črte, ki seka to točko, in bi se raztrgal. Tako se lahko 3D predmet vrti samo okoli ene črte ali osi. Če se 3D predmet giblje okoli zunanje točke, se to imenuje vrtenje in ne vrtenje. Na primer, Zemlja se vrti na notranji osi in se vrti okoli sonca.
Objekti, ki obstajajo v 3D prostoru, imajo lahko več kot eno notranjo os vrtenja, vendar se ne morejo vrteti okoli dveh takih osi hkrati. Na primer, če ima Zemlja novo vrtilno os, ki je pravokotna na njeno prvotno os, se ne more vrteti v nasprotnih smereh na obeh oseh hkrati. Ko se poskuša vrteti v obe smeri, bo našel točko ravnotežja med obema in ustvaril tretjo os vrtenja vzdolž te črte.
Predmeti, ki ne morejo izvesti popolne rotacije ali vrtenja, se lahko še vedno štejejo za vrteče se okoli osi. Gležnji in kolena, pa tudi mehanski deli in številni drugi predmeti lahko izvajajo omejeno rotacijo okoli določene notranje črte. Ker so 3D objekti, se imenujejo, da imajo os vrtenja, čeprav je samo vrtenje omejeno.