在分析力学里，给定的瞬时和位形上，虚位移是符合约束条件的无穷小位移。由于任何物理运动都需要经过时间的演进才会有实际的位移，所以称保持时间不变的位移为虚位移。

由于任何物理运动都需要经过时间的演进才会有实际的位移，所以称保持时间不变的位移为虚位移。

约束随时间t改变的力学系统的位置变量在（t0一经指定便为常量）时的虚位移定义为适合t=t0的约束方程的无限小想象位移。在约束许可情况下所能产生的位移称为“可能位移”，用表示。对于定常系统，虚位移和可能位移两者相同，但对非定常系统，两者则不同。例如，对于含有时间参量的几何约束

对虚位移有：

对可能位移有：

除f中不含t；否则上两式不同。

对于线性运动约束

可能位移计算式为：

虚位移计算式为：

虚位移的应用在于导出虚功原理和动力学普遍方程。

如右图，假设一个粒子的运动轨道是，另外一条不违反约束条件的路径是，则在时间，虚位移是。

假设一个位置矢量是广义坐标与时间的函数，，则此位置矢量的无穷小位移为

；

虚位移为

。

物理系统的运动必须符合设定的约束条件，虚位移也必须符合约束条件。例如，假设一个弹珠被约束地只能移动于一个直立的圆圈。它的位置可以用角坐标表示所在地点的角度。如果弹珠是在圆圈的顶端，将弹珠从高度往上移至高度是一个会违反约束，唯有可能的虚位移是将弹珠从位置移至；这里，可以是正数或负数。

特别注意，虚位移只是空间位移；时间是固定的。虽然某一数值是空间与时间的参数,当计算此数值的虚全微分时,完全不考虑时间的相依性,也就是说。它给出无需力的作用或任何时间过程，是非时间参量的变化引起的，它对质点或质点系的特性，如平衡状态、运动状态、能量等等，不会带来任何影响。

在定常约束条件下，虚位移和可能位移、实位移的约束方程相同，可以把虚位移视为可能发生却尚未发生的可能位移，实位移是众多虚位移中的一个。但对于非定常系统，约束方程的形式不同。在非定常约束，实位移是众多可能位移中的一个，虚位移不能视为可能位移，实位移也不是众多虚位移中的一个。

如右图所示的定长空间单摆，它的虚位移可视为可能位移、实位移，是众多位移中的一个。

而变长空间单摆的约束，虚位移不能视为可能位移，实位移也不是众多虚位移中的一个。

分析静力学的原理。又称虚功原理。可叙述为受理想、双面、定常约束的质点系保持平衡的必要和充分条件是所有作用在质点系上的主动力对其作用点的虚位移所作的虚功之和为零。对n个质点组成的质点系，作用在第i个质点上的主动力Fi与此质点的虚位移的乘积代数和等于0。所谓虚位移是指在一定位置上的质点所作的为约束所允许的、假想的无限小位移。虚位移原理的表达式中不出现未知约束力Ni（因在理想约束作用下，质点系的约束力对其作用点的虚位移所作的功之和为零），因而用它求解静力学问题极为简便。若将摩擦力视为主动力，则虚位移原理可应用于非理想约束系统。当质点不脱离约束面时，此原理也可用于单面约束系统。如解除约束并把约束力视为主动力，则此原理还可用来求解约束力。

因此，虚位移原理在确定系统的平衡条件、解决简单机械的平衡问题、求解结构的约束力等方面有广泛应用。