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飛行中の航空機は、3つの次元で自由に回転できます。ヨー（機首を上下に走る軸を中心に左右に振る動き） 、ピッチ（機首を左右に振る動き、翼から翼まで走る軸を中心に左右に振る動き） 、ロール（機首から尾部まで走る軸を中心に回転する動き）です。ヨー、ピッチ、ロールの各軸は、それぞれ垂直軸、横軸（または横断軸）、縦軸とも呼ばれます。これらの軸は機体とともに動き、機体とともに地球に対して回転します。これらの定義は、1950年代後半に最初の有人宇宙船が設計された際に、宇宙船にも同様に適用されました。
これらの回転は、主軸周りのトルク（またはモーメント）によって生じます。航空機では、機体の重心周りの正味の空力力の分布を変化させる可動式の操縦翼面によって、これらの回転が意図的に生み出されます。水平尾翼の昇降舵（可動式のフラップ）はピッチを、垂直尾翼の方向舵はヨーを、翼の補助翼（反対方向に動くフラップ）はロールを生み出します。宇宙船では、通常、非対称推力を機体に加える小型ロケットスラスタからなるリアクションコントロールシステムによって、これらの動きが生み出されます。
通常、これらの軸は、何らかの基準座標系（通常はx、y、zと呼ばれる）と比較するために、X、Y、Zの文字で表されます。一般的には、Xは縦軸として使用されますが、他の方法もあります。
ヨー軸は重心を起点とし、翼と胴体基準線に垂直に、機体の下側に向かっています。この軸を中心とした動きをヨーと呼びます。正のヨー運動は機首を右に動かします。[ 1 ]ラダーはヨーの主要な制御装置です。[ 2 ]
「ヨー」という用語はもともと帆船の操縦に用いられ、不安定な船が垂直軸を中心に回転する動きを指していた。その語源は不明である。
ピッチ軸（横軸または側方軸とも呼ばれる）[ 3 ]は、航空機の翼端から翼端までを貫いています。この軸を中心とした回転をピッチと呼びます。ピッチは、航空機の機首が向いている垂直方向を変化させます（正のピッチング動作は、航空機の機首を上げ、尾部を下げます）。エレベーターは、ピッチの主要な操縦翼面です。[ 2 ]
ロール軸（または縦軸[ 3 ]）は重心を起点とし、胴体の基準線と平行に前方を向いています。この軸を中心とした動きをロールと呼びます。この軸を中心とした角度変位をバンクと呼びます。[ 2 ]正のローリング運動は左翼を持ち上げ、右翼を下げます。パイロットは片方の翼の揚力を増やし、もう片方の翼の揚力を減らすことでロールします。これによりバンク角が変わります。[ 4 ]エルロンはロールの主要な制御手段です。ラダーもロールに二次的な影響を与えます。[ 5 ]
これらの軸は慣性主軸と関連していますが、同一ではありません。これらは、航空機の質量分布に関係なく、幾何学的な対称軸です。
航空宇宙工学では、これらの軸を中心とした固有回転はしばしばオイラー角と呼ばれますが、これは他の分野での既存の用法と矛盾します。その背後にある計算は、フレネ・セレの公式に似ています。固有参照系で回転を実行することは、その特性行列（参照系のベクトルを列とする行列）に回転行列を右から乗算することと同等です。
3軸すべてにおいて能動的な制御を実証した最初の航空機は、ライト兄弟の1902年のグライダーであった。[ 6 ]