转动惯量（Moment of Inertia）是刚体绕轴转动时惯性的量度，通常用符号 $I$ 或 $J$ 表示，国际单位制中的单位是千克·米²（kg·m²）。
对于一个质点，其转动惯量 $I$ 可以通过公式 $I = mr^2$ 计算，其中 $m$ 是质点的质量，$r$ 是质点到转轴的垂直距离。
对于形状规则的匀质刚体，其转动惯量可以直接用上述公式计算。对于不规则刚体或非均质刚体，其转动惯量通常需要通过实验方法进行测定。
转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量，用于建立角动量、角速度、力矩和角加速度等物理量之间的关系。
转动惯量的计算公式可以推广到刚体的情况，即 $I = \sum m_i r_i^2$，其中 $m_i$ 是刚体上某个质元的质量，$r_i$ 是该质元到转轴的垂直距离。如果刚体的质量是连续分布的，则转动惯量的计算公式可以写成 $I = \int r^2 dm = \int r^2 \rho dV$，其中 $\rho$ 是刚体的密度。
此外，还有一些定理可以帮助计算转动惯量，例如平行轴定理、垂直轴定理（亦称正交轴定理）及伸展定则。
转动惯量在多个领域有着广泛的应用，例如在机械工程中用于计算旋转部件的角加速度、角速度和所需的扭矩；在航空航天领域，对于飞行器的姿态控制和稳定性分析至关重要；在体育科学中，了解运动员或运动器械的转动惯量有助于优化动作和提高性能。