Os vrtenja je ena od treh primarnih osi, ki se uporabljajo za definiranje in nadzor gibanja v tridimenzionalnem prostoru. Os vrtenja, ki se uporablja predvsem pri pilotiranju letal, podmornic in vesoljskih plovil, je opredeljena z namišljeno črto, ki poteka skozi središče plovila ali vozila od spredaj do zadaj. Izmerjeno v stopinjah vrtenja od nič do 359, 0° na osi kota se nanaša na fiksno točko v vesolju, običajno pokončno in v ravni z Zemljo v primeru letal in podmornic. V vesoljskih plovilih je lahko fiksna ničelna točka katera koli točka, ki se zdi nepremična glede na smer vožnje plovila, kot so Zemlja, sonce ali orbitalna ravnina, ki jo potujejo planeti, ko se vrtijo okoli sonca.
Ko se letalo vrti na svoji osi zasuka, bo njegov nos še naprej usmerjen v smer vožnje, medtem ko se krila vrtijo okoli osi. Os zasuka se poveča od 0° do 359° v smeri urinega kazalca glede na položaj pilota. Pri osi kota 0° bi letalo letelo naravnost in vodoravno; pri 90° bi bilo letalo še vedno usmerjeno v smeri vožnje, vendar bi bilo levo krilo usmerjeno naravnost navzgor, desno pa naravnost navzdol. Pri 180° bi letalo letelo naravnost, vendar obrnjeno glede na Zemljo.
Obstajajo okoliščine, ko se fiksna točka osi kotalja začasno spremeni, zlasti pri manevriranju ali izvajanju naloge, ki zahteva premikanje glede na drug predmet. Vesoljsko plovilo bo spremenilo definicijo svoje osi vrtenja, ko se priklopi na drugo vesoljsko plovilo ali orbitalno postajo. V tem primeru bo središče priklopnega aparata postalo fiksna točka in vsi premiki vesoljskega plovila se merijo glede nanj, dokler se postopek priklopa ne zaključi. Ko je končana, se bo fiksna referenca za os vrtenja bodisi vrnila na svoje prejšnje definicije ali pa se bo spet spremenila v samo orbitalno postajo, dokler vesoljsko plovilo ne zapusti svoje bližine.
Os vrtenja deluje v kombinaciji z dvema drugim osema, nagibno osjo in osjo zamika, da definira kakršno koli relativno gibanje ali smer v tridimenzionalnem prostoru. Nagibna os je namišljena črta, ki poteka skozi središče vozila od njegove leve strani proti desni in se gibanje meri glede na smer vožnje vozila. Vrtenje na nagibni osi spremeni kot navzgor in navzdol nosu vozila, pri čemer je 0° raven in 90° usmerjen nos naravnost navzgor. Os zasuka poteka od vrha vozila do njegovega dna. Pri premikanju po osi zasuka se nos vozila vrti vodoravno v levo ali desno glede na smer vožnje vozila.