心理旋轉實驗（Mental Rotation Experiment）是由心理學家羅傑·謝潑德（Roger Shepard）和傑奎琳·梅茨勒（Jacqueline Metzler）於1971年提出的一項經典認知心理學實驗。該實驗旨在研究人類在心理上對物體進行旋轉的能力，以及這種能力與空間認知之間的關係。
在實驗中，參與者被要求觀察一對三維物體的二維圖像。這些物體通常是不同角度的相同物體或鏡像物體。參與者的任務是判斷這兩幅圖像是否代表同一個物體，或者它們是否是彼此的鏡像。實驗中的物體以不同的角度呈現，包括0度、45度、90度、135度、180度等。
實驗結果顯示，參與者判斷兩幅圖像是否相同所需的時間與物體之間的角度差異呈線性關係。也就是說，物體之間的角度差異越大，參與者判斷所需的時間就越長。這表明，參與者在心理上對物體進行了旋轉，以匹配它們的角度，從而做出判斷。
心理旋轉實驗揭示了人類在空間認知中的一個重要能力，即心理旋轉。這種能力不僅在日常生活中起著重要作用，如導航、工具使用和空間推理，還在許多職業中至關重要，如建築師、工程師和飛行員等。
自謝潑德和梅茨勒的實驗以來，心理旋轉已成為認知心理學中的一個重要研究領域。後續研究探討了心理旋轉的神經基礎、個體差異（如性別差異）以及心理旋轉與其他認知能力（如工作記憶和注意力）之間的關係。
總的來說，心理旋轉實驗不僅為我們理解人類的空間認知能力提供了重要的見解，還為後續的認知心理學研究奠定了基礎。