Не атомарно, если файлы находятся в разных файловых системах.В этом случае python открывает исходный и целевой файл, зацикливается на чтении из исходного и записи в адресат и, наконец, отменяет связь исходного файла.
Если исходный и целевой файлы находятся в одной файловой системе, pythonиспользует вызов rename () C, который является атомарным.