ไจโรสโคปโมเลกุลเป็นสารประกอบทางเคมีหรือคอมเพล็กซ์เหนือโมเลกุลที่มีส่วนประกอบสองส่วนขึ้นไปที่อยู่ร่วมศูนย์กลางหรือแกนเดียวกันซึ่งหมุนได้อย่างอิสระเมื่อเทียบกับกันและกัน ดังนั้นจึงมีการออกแบบที่คล้ายกับไจโรสโคปโดยมีโรเตอร์ที่ได้รับการปกป้องจากอิทธิพลภายนอกโดยสเตเตอร์ ที่ล้อมรอบ แม้ว่าพันธะเดี่ยวหรือพันธะสาม ใดๆ จะทำให้กลุ่มทางเคมี สามารถ หมุนได้อย่างอิสระ แต่สารประกอบที่อธิบายว่าเป็นไจโรสโคปอาจปกป้องโรเตอร์จากการโต้ตอบ เช่น ในโครงสร้างผลึก ที่มี ความหนาแน่นการบรรจุต่ำ^{[ 2 ]}หรือโดยการล้อมรอบโรเตอร์ทางกายภาพเพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสเชิงสเตอริก^{[ 3 ]}สามารถแยกความแตกต่างเชิงคุณภาพได้โดยพิจารณาจากว่าพลังงานกระตุ้นที่จำเป็นในการเอาชนะอุปสรรคการหมุนนั้นสูงกว่าพลังงานความร้อน ที่มีอยู่ หรือไม่ หากพลังงานกระตุ้นที่ต้องการสูงกว่าพลังงานความร้อนที่มีอยู่ โรเตอร์จะเกิด "การแลกเปลี่ยนไซต์" โดยกระโดดเป็นขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องระหว่างจุดต่ำสุดของพลังงานเฉพาะที่บนพื้นผิวพลังงานศักย์หากมีพลังงานความร้อนสูงกว่าที่จำเป็นในการเอาชนะอุปสรรคในการหมุน โรเตอร์โมเลกุลสามารถมีพฤติกรรมคล้ายกับมวลเฉื่อยที่หมุนได้อย่างอิสระในระดับมหภาค^{[ 2 ]}

ตัวอย่างเช่น การศึกษาหลายชิ้นในปี 2545 ที่ใช้ โรเตอร์ p - phenyleneพบว่าโครงสร้างบางอย่างที่ใช้^13C CPMAS แบบโซลิดสเตทที่ อุณหภูมิ แปรผัน (VT) และ^2H NMR แบบควอดรูโพลาร์ เอค โค สามารถตรวจจับอัตราการแลกเปลี่ยนสองตำแหน่งที่ 1.6 MHz (มากกว่า^10⁶ /วินาที ที่ 65 °C) ซึ่งอธิบายว่า "เร็วอย่างน่าทึ่งสำหรับกลุ่มฟีนิลีนในของแข็งผลึก" โดยมีอุปสรรคทางสเตอริก 12–14 kcal / molอย่างไรก็ตามการดัดแปลงโรเตอร์ด้วย tert -butyl ทำให้อัตราการแลกเปลี่ยนเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า ^10⁸ต่อวินาทีที่อุณหภูมิห้อง และอัตราการหมุนของp -phenylene ที่เฉื่อยโดยไม่มีอุปสรรคคาดว่าจะอยู่ที่ประมาณ 2.4 ล้าน ล้านรอบ ต่อวินาที^{[ 2 ]}