반복적으로 비틀어서 피로 특성을 조사하는 시험으로, 대개 중공(中空) 또는 중실(中實)의 둥근 막대 시험이 이용된다. 소형의 응력 피로 시험면에 응력을 가하는 경우가 많다. 구동방식으로는 크랭크식, 전자식 등이 있지만, 일반적으로 하중 정밀도가 좋지 않으므로 동력 하중의 검정을 정기적으로 시행할 필요가 있다. 대형 비틀림 피로시험으로는 유압식 로터리 방식을 사용한 서보 유압식 시험기가 있다.