O eixo de rotação é um dos três eixos principais usados para definir e controlar o movimento em um espaço tridimensional. Usado principalmente na pilotagem de aeronaves, submarinos e espaçonaves, o eixo de rolagem é definido por uma linha imaginária que atravessa o centro de uma nave ou veículo da frente para a retaguarda. Medido em graus de rotação de zero a 359, 0 ° no eixo de rolagem é referido como um ponto fixo no espaço, geralmente vertical e nivelado com a Terra no caso de aeronaves e submarinos. Em naves espaciais, o ponto zero fixo pode ser qualquer ponto que pareça estar estacionário em relação à direção de viagem da nave, como a Terra, o sol ou o plano orbital viajado pelos planetas conforme eles giram em torno do sol.
Quando uma aeronave gira em seu eixo de rotação, seu nariz continuará a apontar na direção da viagem conforme as asas giram em torno do eixo. O eixo de rotação aumenta de 0 ° a 359 ° no sentido horário em relação à posição do piloto. No eixo de rotação de 0 °, uma aeronave estaria voando em linha reta e nivelada; a 90 °, a aeronave ainda estaria apontada na direção de viagem, mas a asa esquerda estaria apontada diretamente para cima e a asa direita diretamente para baixo. A 180 °, a aeronave estaria voando em linha reta, mas de cabeça para baixo em relação à Terra.
Existem circunstâncias em que o ponto fixo de um eixo de rotação será alterado temporariamente, particularmente ao manobrar ou realizar uma tarefa que requer movimento em relação a outro objeto. Uma espaçonave mudará a definição de seu eixo de rotação ao atracar com outra espaçonave ou uma estação orbital. Nesse caso, o centro do aparelho de acoplamento se tornará o ponto fixo e todos os movimentos da espaçonave serão medidos em relação a ele até que o procedimento de acoplamento seja concluído. Depois de concluída, a referência fixa para o eixo do rolo retornará às suas definições anteriores ou mudará novamente para a própria estação orbital até que a espaçonave deixe sua proximidade.
O eixo de rotação funciona em combinação com dois outros eixos, o eixo de inclinação e o eixo de guinada, para definir qualquer movimento ou direção relativa em um espaço tridimensional. O eixo de inclinação é uma linha imaginária que atravessa o centro de um veículo do lado esquerdo para o direito e o movimento é medido em relação à direção do veículo. Girar no eixo de inclinação muda o ângulo para cima e para baixo do nariz do veículo com 0 ° sendo nivelado e 90 ° apontando o nariz para cima. O eixo de guinada vai da parte superior até a parte inferior de um veículo. Ao se mover no eixo de guinada, o nariz do veículo gira horizontalmente para a esquerda ou direita em relação à direção de deslocamento do veículo.