銀河系中的恒星和氣體圍繞銀心在平行於銀道面的近圓軌道上所作的整體旋轉運動。這種旋轉運動在旋渦星系和透鏡星系中最為明顯。在某些（但非全部）橢圓星系和不規則星系中也可看到，它維持著星系結構以對抗進一步引力坍縮。
研究銀河系自轉可利用恒星的光學觀測資料，如視向速度、自行等。但這種方法隻能適用離太陽不超過3～4千秒差距的範圍；離太陽更遠時需根據中性氫21釐米譜線的多普勒位移，求得氫雲的視向速度，從而推出銀河系的自轉速度。自轉速度度隨銀心距的變化稱為自轉曲線。從銀心附近為零開始，1千秒差距處增加到150千米/秒，到太陽附近達220千米/秒，以後保持恒定直到數十千秒差距的觀測極限。線速度恒定要求角速度由內向外減小，這種情形稱為較差自轉。1927年，荷蘭天文學傢J.H.奧爾特引進瞭兩個參數來描繪太陽附近銀河系的較差自轉。它們分別是：奧爾特常數 A=+14.8±0.8千米/（秒·千秒差距），B=−12.4±0.6千米/（秒·千秒差距），A–B給出在太陽處銀河系的自轉角速度，相應的自轉周期約為2億年。
銀河系的較差自轉曲線
由自轉曲線可根據動力學求得星系的物質密度分佈和總質量。觀測表明，許多旋渦星系的自轉曲線都像銀河系一樣，直到遠超出光學可見區的距離仍保持平坦，提示這些星系周圍存在著大質量的暗物質暈。