绕其旋转的向量和一个单一的旋转角度构成的轴角定义。关于原点的旋转最容易使用叫做旋转矩阵的3×3 矩阵变换来计算。关于其他点的旋转可以使用表现齐次坐标的4×4矩阵来描述。
四元数.表现在三维空间中的旋转的一种可供选择的方式是四元数。四元数提供了表示在三维中旋转和方向的另一种方式。它们应用与计算机图形学、控制理论、信号处理和轨道力学中。例如，在太空船的姿态控制系统中常用四元数来下达指令，还用于测距它们的当前姿态。基本原理是组合很多四元数变换比组合很多矩阵变换在数值上更加稳定。