分子回転とは、分子全体が空間を回転運動する現象である。気体分子や自由に運動できる分子では重要となる。分子回転は分子自らの重心を軸に回転する。
分子回転は量子化されており、回転エネルギー E {\displaystyle E} は以下のように表される。
回転定数は換算プランク定数 ℏ {\displaystyle \hbar } を用いて以下のように表される。
分子回転は分子の種類によって慣性モーメントが異なる。