자전(自轉)은 천체가 그 내부를 지나는 고정된 축인 자전축을 중심으로 스스로 회전하는 운동을 의미한다. 이는 천체가 다른 천체의 주위를 도는 운동인 공전과 구별되는 개념이다. 태양계 내의 대부분의 행성은 자전축을 중심으로 회전하며, 북극 상공에서 내려다보았을 때 시계 반대 방향인 서에서 동으로 회전하는 것이 일반적이다. 자전은 천체의 물리적 형태와 표면 환경에 결정적인 영향을 미치는 핵심적인 역학 운동이다.

지구의 자전은 약 23시간 56분 4초를 주기로 한 바퀴 회전하는데, 이를 항성일이라 부른다. 하지만 지구가 자전하는 동안 공전 궤도를 따라 이동하기 때문에 태양이 다시 남중할 때까지 걸리는 시간인 태양일은 약 24시간이 소요된다. 지구의 자전축은 공전 궤도면에 대하여 약 23.5도 기울어져 있으며, 이러한 기울어진 상태로 자전과 공전을 반복함으로써 지구상에 계절의 변화와 태양 고도의 변화가 나타나게 된다.

자전으로 인해 발생하는 가장 대표적인 현상은 낮과 밤의 교차이다. 천체가 회전함에 따라 태양 빛을 받는 부분과 받지 못하는 부분이 교대로 나타나며 생태계와 기온 변화에 영향을 준다. 또한 자전은 전향력이라 불리는 코리올리 힘을 발생시킨다. 이 힘은 북반구에서는 운동 방향의 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 물체를 편향시켜 대기의 대순환과 해류의 흐름을 결정짓는 중요한 원인이 된다.

태양계 행성들의 자전 속도와 특성은 각기 다르다. 목성과 토성과 같은 거대 가스 행성들은 자전 속도가 매우 빨라 자전 주기가 10시간 내외에 불과하며, 이로 인해 원심력이 강하게 작용하여 적도 부분이 불룩한 편구체의 형태를 띤다. 반면 금성은 자전 속도가 매우 느려 자전 주기가 공전 주기보다 길며, 자전 방향 또한 다른 행성들과 반대인 역자전을 한다. 천왕성은 자전축이 공전 궤도면과 거의 평행하게 누워 있는 독특한 상태로 자전한다.

천체 간의 중력 상호작용은 자전 주기에 변화를 주기도 한다. 위성인 달의 경우 지구와의 조석 마찰로 인해 자전 주기와 공전 주기가 일치하는 조석 고정 현상이 발생하였다. 이로 인해 지구에서는 항상 달의 한쪽 면만을 관찰할 수 있게 되었다. 지구 또한 달에 의한 조석력의 영향으로 자전 속도가 미세하게 느려지고 있으며, 이는 장기적인 관점에서 하루의 길이를 조금씩 늘리는 결과를 초래한다. 자전은 천체의 탄생 과정에서 보유하게 된 각운동량에 의해 유지되며, 행성의 기상 현상과 물리적 구조를 형성하는 근간이 된다.