jqueryの fadeIn / fadeOut メソッドを CSS3（animation）アニメーションにするには以下のようにします。

デモ : http://logic.moo.jp/livedemo/jquery.fadecss3/demo.html

<link rel="stylesheet" href="jquery.fadecss3.css">
<script type="text/javascript" src="jquery.fadecss3.js"></script>

$('#item').fadeInCss3();
$('#item').fadeOutCss3();

$('#item').fadeInCss3(1000, 'ease-in');
$('#item').fadeOutCss3(3500, 'ease-in-out');

jquery.fadecss3.css として保存

@keyframes fadein_css3_kf {
  0% {opacity: 0;}
  100% {opacity: 1;}
}
@-webkit-keyframes fadein_css3_kf{
	0% {opacity:0;}
	100% {opacity:1;}
}
@keyframes fadeout_css3_kf {
  0% {opacity: 1;}
  100% {opacity: 0; visibility: hidden; }
}
@-webkit-keyframes fadeout_css3_kf{
	0% {opacity:1;}
	100% {opacity:0; visibility: hidden;}

jquery.fadecss3.js として保存

$.fn.fadeInCss3 = function(duration, easing) {
  var event_alias = "animationend webkitAnimationEnd oAnimationEnd MSAnimationEnd";
  if (! duration){duration=400;}
  if (! easing){easing='linear';}
  var _this = this;
  setTimeout(function() {
    return $(_this).show().css({
        'animation'                 : 'fadein_css3_kf 400ms linear 0s 1 normal' ,
        'animation-duration'        : duration + 'ms' ,
        'animation-timing-function' : easing ,
        'animation-fill-mode'       : 'forwards' ,
        'visibility'                : 'visible'
    }).on(event_alias, function(){
      $(this).off(event_alias);
      $(this).css({
        'visibility' : 'visible' ,
        'animation'  : 'none'
      });
    });
  }, 0);
};

$.fn.fadeOutCss3 = function(duration, easing) {
  var event_alias = "animationend webkitAnimationEnd oAnimationEnd MSAnimationEnd";
  if (! duration){duration=400;}
  if (! easing){easing='linear';}
  $(this).each(function(){
    if( $(this).filter(':not(:hidden)').length ){
      $(this).show().css({
          'animation'                 : 'fadeout_css3_kf 400ms linear 0s 1 normal' ,
          'animation-duration'        : duration + 'ms' ,
          'animation-timing-function' : easing ,
          'animation-fill-mode'       : 'forwards' ,
          'visibility'                : 'visible'
      }).on(event_alias, function(){
        $(this).off(event_alias);
        $(this).css({
          'visibility' : 'hidden' ,
          'animation'  : 'none' ,
          'display'    : 'none'
        });
      });
    }
  });
  return $(this);
};

ただ現時点では CSSアニメーションはjQuery本体のanimate()よりは早いものの、Velocity.js には劣るようです。 参考 : http://bit.ly/1QnSfRn