同步旋转，也被称为捕获旋转或潮汐锁定，是天文学中的一种物理现象，即一个较小的天体围绕另一个天体运行时，在其自身轴线上旋转的时间与围绕大天体完成一个轨道的时间大致相同。这导致轨道卫星的一侧总是面对它所运行的天体。这方面最明显的例子之一是月球如何在大约27天内围绕地球运行，并在同样的时间内围绕自己的轴完成一圈。

虽然月球的轨道是一个同步旋转的轨道，但它并不是完全如此。这主要是由于月球围绕地球的轨道是椭圆的，而不是完全的圆形。当月球处于远地点，或者说离地球最远的距离为252,499英里（406,357公里）时，它的旋转比它的轨道略快。这显示了它的西半球多了8°的经度。

当它处于近地点，或与地球最近的距离221,699英里（356,790公里）时，其旋转速度比其轨道略慢。这显示了其东半球的8°经度。月球还位于地球黄道面之外约5°，即地球围绕太阳运行的直线，在围绕地球运行的过程中，会显示出额外7°的极地纬度表面。

虽然我们太阳系中的大多数卫星被认为目前是围绕其母体同步旋转的，但有一个明显的例外，那就是围绕土星运行的卫星海伯利安。海伯利安是一颗形状不规则的卫星，是空间中离土星最大的卫星泰坦最近的物体，泰坦的大小比水星还要大。土卫六和海伯利安被锁定在轨道共振中，相互影响对方围绕土星的轨道，因此，土卫六每绕行土星四圈，海伯利安就会绕行三圈。

卡西尼号航天器在2005年近距离飞越月球时对海伯利安的轨道进行了测量。这项任务确定，海伯利安的旋转速度比它的同步速度快4.2到4.5倍。海伯利安的轨道被描述为混乱的，因为它围绕自己的轴线旋转时发生了变化，这意味着它没有明确的赤道或两极。因此，它在任何时候围绕土星的位置都是不可预知的。

当太空中的两个天体彼此接近，且物理尺寸相似时，它们往往也会围绕对方共享同步的轨道。矮行星冥王星及其最大的卫星卡戎就是如此，它距离冥王星只有12000英里。卫星卡戎的直径为790英里（1,270公里），使其比冥王星本身直径1,440英里（2,320公里）的一半还要大一点。

冥王星和它的卫星卡戎都在大约6.3天内围绕各自的轴线旋转，各自的表面始终保持同一面朝向对方。这是一种有朝一日地球也会与月球一样的现象。这些独特的特征导致了冥王星-查龙系统被贴上了双行星的标签。

除了行星和卫星，其他系统也可以显示同步旋转。银河系中的某些双星，即两颗相互锁定在轨道上的恒星，也被认为是同步旋转的。加拿大于2003年发射的微变性& STars（MOST）太空望远镜，就是为了研究这个问题。

Tau Bootis星距离地球大约50光年，被MOST发现与tau Bootis b锁定在同步旋转中，这是一颗大质量的行星，大约是木星的7到8倍，围绕Tau Bootis运行。由于它与母星的距离比木星与太阳的距离要近100倍，因此tau Bootis b每隔3.3天就会围绕太阳运行一次，而且恒星表面的同一面总是面对着该行星。科学家们推测，事实上，许多恒星可能与距离较近的大型轨道行星进行着这样的潮汐锁定。不过，这些行星很可能处于衰变的轨道上，因为它们与恒星的距离很近。