三维 (3D) 眼镜通过操纵立体视觉机制来产生深度错觉。立体视觉是人类用双眼观看的能力，即使眼睛以不同角度看到物体，也可以将左眼和右眼的输入解释为单个图像。这使得人们能够测量三维物体上的距离和深度，但不能测量平面图像上的距离和深度，因为在平面图像上，眼睛几乎看不到透视差异。 3D眼镜与专门制作的图像或视频相结合，可以让每只眼睛看到不同的图像，从而使个人的立体视觉能够解释深度。
立体视觉允许人之所以能够看到物体的深度和距离，很大程度上是因为人的左眼和右眼平均相距约 3 英寸（7.62 厘米）。这会导致每只眼睛的视野略有不同；人们会通过只用左眼盯着物体来注意到这一点闭上眼睛，然后只闭上右眼。由于两只眼睛以不同的角度看事物，大脑会将两种信息流整合到一个 3D 对象中。然而，当对象以平面二维图像呈现时，如电视和电影屏幕上那样，这种能力是有限的。 3D 眼镜通过使用滤色镜或特殊偏光镜片允许不同的图像进入每只眼睛，从而克服了这一限制。
3D 允许人的眼睛分别看到出现的图像具有深度和距离。在不戴 3D 眼镜观看 3D 电影时，通常会显得模糊或轻微扭曲。这是因为屏幕上实际上有两个略有不同的图像，每个图像的角度都略有不同。 3D 眼镜将两张图像互为对比，一张呈现给左眼，另一张呈现给右眼。这复制了 3D 物体上的立体视觉效果，使 3D 电视和电影屏幕上的图像看起来具有深度，尽管它们具有二维性质。
3D 眼镜可用于游戏。有两种技术可用于创建 3D 幻觉：滤色和镜头偏振。色彩过滤利用具有不同颜色镜片（通常是红色和蓝色）的 3D 眼镜来阻挡每只眼睛看到的屏幕图像。生产图像和眼镜通常成本较低，但图像会因滤光片而遭受颜色损失。现代技术利用图像过滤使用不同的偏振来创建 3D 幻觉，同时将颜色损失降至最低。使用这种技术的 3D 眼镜具有不同偏振的镜片——一个镜片与屏幕上的每个图像偏振相匹配——以创造一种深度感。
