Rotoskopie (Verb: rotoskopieren) ist ein bei der Herstellung von Animationsfilmen genutztes Verfahren zum Zeichnen der Bilderfolgen. Dabei werden (meist eigens aufgenommene) Filmszenen Einzelbild für Einzelbild von hinten so auf eine Mattglasscheibe projiziert, dass der Animator sie abzeichnen kann (wie beim Durchpausen). Das Rotoskopieverfahren wurde erstmals 1914 von Max Fleischer für die Animationsserie Out of the Inkwell eingesetzt (und patentiert), mit dem Ziel, in kürzerer Zeit eine überzeugend realistische Bewegung zu erhalten. Das Verfahren wurde später vor allem für realistisch gestaltete menschliche Charaktere eingesetzt, besonders dann, wenn sehr komplexe Bewegungen wie z. B. Tanzszenen gefordert waren. Für diese konnten einflussreiche Künstler gewonnen werden, unter anderem Cab Calloway.
Seit Anfang der 1990er Jahre findet das Nachzeichnen meist am Computer statt, entweder in pixelbasierten Programmen per Hand, oder aber halbautomatisch durch Vektorisierung (wie die beiden entsprechenden Filme Richard Linklaters). Im Gegensatz zur Bewegungserfassung (motion capturing) ist die Rotoskopie ein zweidimensionales Verfahren. Die Ergebnisse können von halbwegs realistisch bis hin zu sehr stilisiert ausfallen. Ein Problem der Animationstechnik ist, dass die emotionale Akzeptanz der mit Rotoskopie erzeugten Bewegungen ab einem bestimmten Niveau des Detailgrads sinkt, obwohl die zugrundeliegenden Daten eindeutig natürlichen Ursprungs sind. Dieser Effekt wird inzwischen mit dem Begriff Uncanny Valley bezeichnet.