Autorotaatio on ilmailutermi, jota käytetään kuvaamaan sekä kiinteäsiipisten että pyöriväsiipisten lentokoneiden tiettyä käyttäytymistä ylhäällä. Varsinainen liike, vaikka sillä on sama nimi, on itse asiassa melko erilainen näiden kahden tyypin välillä. Lentokoneissa ja muissa kiinteäsiipisissä aluksissa se on ilmiö, jossa kone pyrkii rullaamaan suuntaan tai toiseen ja jatkamaan pyörimistä samaan suuntaan, kun se lähestyy pysähtymistä. Paljon monimutkaisempi pyöriväsiipisissä lentokoneissa, autorotaatiotilassa oleva helikopteri tai autogyro tuottaa nostovoimaa pääroottorista ilman moottorin tehoa.
Autogyrot ovat ainutlaatuisia siinä mielessä, että niiden pääroottori on aina tehoton, joten ne tuottavat nostovoimaa yksinomaan ja tarkoituksella autorotaatiolla. Autogyrossa vain potkuri on voimanlähteenä, ja sen tehtävänä on yksinomaan antaa suuntatyöntö, ei nosto. Vertailun vuoksi helikopterit pyörivät automaattisesti vain silloin, kun ne pakotetaan hätätilanteissa moottorivian seurauksena. Helikopterien ja autogyrosten autorotation taustalla oleva fysiikka on kuitenkin sama.
Pohjimmiltaan roottori alkaa pyöriä automaattisesti heti, kun se alkaa pyöriä nopeammin kuin sitä käyttävä moottori. Jälleen, autogryon tapauksessa tämä tapahtuu välittömästi, koska roottorimoottoria ei ole. Matematiikka, joka kuvaa autorotation toimintaa, on monimutkaista. Yleisesti ottaen se kuitenkin perustuu erisuuruisten vääntömomenttien tasapainottamiseen pääroottorin ulko- ja sisäosissa. Tasapainoa on ylläpidettävä jatkuvilla, minuuttisilla korjauksilla, jotta vene pysyy hallittavissa.
Kun ilma liikkuu ylös liikkuvan roottorin läpi, sen siipien muoto saa ne pyörimään luonnollisesti. Tämä tapahtuu samalla tavalla kuin kattotuuletin voi pyöriä hitaasti vetoisessa talossa, vaikka se olisi sammutettu. Helikoptereiden tapauksessa tämä tarkoittaa, että venettä voidaan ohjata ja laskeutua turvallisesti myös ilman moottoritehoa. Monet helikopterien kannattajat väittävät, että autorotaatio ja siitä johtuva lentäjän kyky säilyttää hallinta, vaikka liikettä ei ole eteenpäin, tekee niistä paljon turvallisempia kuin kiinteäsiipiset kollegansa.
Helikopterien automaattinen rotaatio on mahdollista mekaanisesti erityisen kytkimen, joka tunnetaan nimellä vapaakäyntiyksikkö, ansiosta. Roottoriin kiinnitetty laite toimii suunnilleen samalla tavalla kuin auton kytkin mahdollistaa auton liikkeen jatkamisen myös painettuna. Vapaapyöräiset yksiköt toimivat vain yhteen suuntaan, joten on mahdotonta, että roottorit koskaan pyörivät vääräksi katsottuun suuntaan ja ajavat helikopterin alas. Vapaapyöräiset yksiköt ja autorotaatio ovat yleensä niin kriittisiä pyöriväsiipiselle lennolle, että kaikkien yksimoottoristen helikoptereiden Yhdysvalloissa ja monissa muissa maissa on todistettava pystyvänsä siihen ennen kuin ne katsotaan lentokelpoisiksi.