剛體運動時在它上面有兩點始終保持不動。這兩固定點(A，B)的連線稱為剛體的轉軸（見圖）。定軸轉動的剛體隻有一個自由度，它的運動方程為θ＝θ(t)，式中θ是平面Ⅰ同平面Ⅱ之間的夾角。平面Ⅰ和平面Ⅱ的交線同轉軸AB重合。平面Ⅰ是固定的，平面Ⅱ固連在剛體上並且能繞軸(AB)轉動。轉角θ的正負值用右手螺旋定則（見力矩）確定。
若轉動剛體的角速度矢量為ω，角加速度矢量為α，則剛體上任一點E的速度矢量
，式中
r
E是E點對轉軸上某一定點O的矢徑。E點的加速度矢量
。
如果剛體對轉軸的轉動慣量為I，作用在剛體上的外力系對轉軸的主矩為M ，則定軸轉動剛體的動力學方程為ia＝M 或I
＝
M ，式中
α是角加速度矢量
α在轉軸上的投影。
軸承動反力 當剛體以角速度矢量ω和角加速度矢量α 繞定軸轉動時，在轉軸的軸承處除瞭由於作用在剛體上的外力所引起的靜反力以外，還將有由於剛體轉動而產生的慣性力所引起的動反力。動反力的產生是由於剛體的質心不在轉軸上（有偏心），或是轉軸不是剛體的慣量主軸（見慣量張量）所致。高速轉動剛體的軸承動反力有時會達到巨大的數值。對於質量大的剛體，這個效應更為嚴重。巨大的動反力在某方向的分量具有周期性變化的特點，這種力作用在軸承上，並通過軸承傳給地基，造成軸承和地基的強烈振動，從而引起結構的破壞並造成嚴重的環境振動。要消除動反力的影響，必須使轉軸成為剛體的中心慣量主軸，即轉軸是通過質心的慣量主軸。這種情況稱為動平衡狀態。這時的轉軸稱為自由軸。
動平衡 亦稱動均衡。在一般情況下，由於材料的不均勻，毛坯的缺陷以及加工和裝配上的誤差等原因所造成的質量分佈不均勻，總會造成機器的轉子有一定的偏心和偏角，往復機械的運動部件的質量分佈本來就不均衡。這些都使得轉動軸不可能成為自由軸，機器運轉將處於非動平衡狀態，為此必須在轉軸的某些橫截面上附加質量矩，使轉子達到動平衡狀態。此種調整質量的方法稱為動平衡。由於轉子轉速不斷提高，轉子結構日益復雜，轉子的動平衡已成為一種專門技術。