Auto-rotação é um termo aeronáutico usado para descrever o comportamento particular exibido por aeronaves de asa fixa e de asa rotativa, enquanto no ar. O movimento real, embora receba o mesmo nome, é bastante diferente entre esses dois tipos. Em aviões e outras naves de asa fixa, é o fenômeno pelo qual um avião tende a rolar para um lado ou para o outro e continuar girando na mesma direção, ao se aproximar de um estol. Muito mais complexo em aeronaves de asa rotativa, um helicóptero ou autogiro em estado de auto-rotação está gerando sustentação do rotor principal, sem o auxílio da força do motor.
Os autogiros são únicos no sentido de que seu rotor principal está sempre sem energia, de modo que geram sustentação única e propositalmente por meio de autorrotação. Apenas a hélice em um autogiro é alimentada e tem a tarefa exclusiva de fornecer empuxo direcional, não levantamento. Os helicópteros, em comparação, normalmente só fazem a rotação automática quando forçados em situações de emergência após falha do motor. A física por trás da auto-rotação em helicópteros e autogiros é a mesma, entretanto.
Essencialmente, um rotor começa a girar automaticamente assim que começa a girar mais rápido do que o motor que o alimenta. Novamente, no caso de um autogryo, isso acontece instantaneamente, pois não há motor de rotor. A matemática que descreve como funciona a autorrotação é complexa. Em termos gerais, entretanto, ele depende de um equilíbrio de diferentes quantidades de torque nas porções externa e interna do rotor principal. O equilíbrio deve ser mantido por correções constantes e minuciosas para manter a embarcação controlável.
À medida que o ar sobe através de um rotor em movimento, o formato de suas lâminas faz com que girem naturalmente. Isso ocorre da mesma forma que um ventilador de teto pode girar lentamente em uma casa com correntes de ar, mesmo quando desligado. No caso de helicópteros, isso significa que a aeronave pode ser controlada e pousada com segurança, mesmo sem nenhuma potência do motor. Muitos proponentes de helicópteros argumentam que a autorrotação e a capacidade resultante de um piloto de manter o controle mesmo quando não há movimento para a frente, os torna muito mais seguros do que seus equivalentes de asa fixa.
A rotação automática em helicópteros é mecanicamente possível por meio de um tipo especial de embreagem, conhecido como unidade de roda livre. Preso ao rotor, esse dispositivo funciona quase da mesma maneira que uma embreagem de automóvel permite que um carro continue se movendo mesmo quando está pressionado. As unidades de giro livre funcionam apenas em uma direção, então é impossível para os rotores girarem no que poderia ser considerado o caminho errado e conduzir um helicóptero para baixo. Tão críticas são as unidades de roda livre e a auto-rotação, geralmente, para o vôo de asa rotativa, que todos os projetos de helicópteros monomotores nos Estados Unidos e em vários outros países devem provar que são capazes disso antes de serem considerados aeronavegáveis.