Pencitraan 3D adalah proses untuk membuat gambar tiga dimensi pada permukaan dua dimensi dengan menciptakan ilusi optik kedalaman. Umumnya, pencitraan 3D menggunakan dua lensa kamera diam atau bergerak dengan jarak yang agak jauh untuk memotret objek tiga dimensi. Proses ini secara efektif menduplikasi visi stereoskopik mata manusia. Gambar direproduksi sebagai dua gambar datar yang dilihat oleh mata pemirsa secara terpisah, menciptakan ilusi visual yang mendalam saat otak mereka menggabungkan gambar menjadi satu gambar.
Tempat di mana gambar kiri dan kanan tumpang tindih adalah titik konvergensi. Titik ini umumnya merupakan subjek gambar karena merupakan bagian gambar yang paling jelas. Objek pada titik konvergensi tampak ada di layar permukaan. Saat objek dalam pencitraan 3D bergerak lebih jauh dari titik konvergensi, objek tersebut tampak lebih dekat atau lebih jauh dari penampil, menciptakan ilusi kedalaman.
Pencitraan 3D dihasilkan baik sebagai dua gambar terpisah yang dilihat berdampingan atau sebagai gambar tunggal dengan dua elemen yang tumpang tindih. Dalam stereoskopi, dua foto statis ditempatkan berdampingan dan pemirsa melihat gambar kiri dan kanan dengan masing-masing mata secara terpisah. Fotografi stereo berawal dari perkembangan awal fotografi. Ini adalah proses citra 3D yang lebih sederhana yang hanya membutuhkan dua kamera diam untuk menghasilkan dua gambar statis. Gambar-gambar ini juga dapat dilihat oleh masing-masing mata secara mandiri tanpa bantuan peralatan optik.
Stereoskop adalah perangkat yang menyimpan gambar stereoskopik pada satu kartu atau memproyeksikannya pada jarak yang sesuai bagi pemirsa untuk melihat gambar dalam tiga dimensi. Untuk melihat gambar dalam tiga dimensi tanpa stereoskop, pemirsa dapat melihat kedua gambar berdampingan dan menyilangkan matanya sampai gambar menyatu. Dalam tumpang tindih gabungan, tiga gambar muncul, yang tengahnya muncul dalam tiga dimensi.
Gambar 3D tunggal seperti yang digunakan dalam film 3D, diproyeksikan pada layar dan biasanya dilihat dengan peralatan optik khusus seperti kacamata 3D atau lensa terpolarisasi yang membagi dua gambar untuk setiap mata. Dengan mata telanjang, gambar-gambar ini tampak seperti eksposur ganda. Film 3D awal menggunakan filter merah dan cyan. Kacamata 3D berisi lensa merah dan cyan, menghilangkan gambar yang dihasilkan oleh filter lain yang menciptakan gambar terpisah untuk setiap mata.
Pencitraan 3D modern malah membagi gambar dengan bantuan lensa terpolarisasi. Prosesnya pada dasarnya sama tetapi tidak mendistorsi warna gambar seperti yang dilakukan filter merah dan cyan. Program perangkat lunak membuat citra 3D dengan berbagai teknik untuk menciptakan ilusi gerakan, dengan memindahkan objek lebih dekat ke tampilan daripada objek yang lebih jauh.