Trodimenzionalne (3D) naočale djeluju tako da manipuliraju mehanikom stereoskopskog vida kako bi stvorili iluziju dubine. Stereoskopski vid, sposobnost ljudi da vide s oba oka, tumači unos lijevog i desnog oka kao jednu sliku, čak i ako oči vide objekte pod različitim kutovima. To omogućuje pojedincima mjerenje udaljenosti i dubine na trodimenzionalnim objektima, ali ne i na ravnim slikama, gdje oči vide malu razliku u perspektivi. 3D naočale, u kombinaciji sa posebno proizvedenim slikama ili videozapisima, omogućuju svakom oku da vidi drugačiju sliku, što zauzvrat omogućuje stereoskopskom vidu pojedinca da interpretira dubinu.
Stereoskopski vid omogućuje osobi da vidi dubinu i udaljenost objekta velikim dijelom zbog činjenice da su lijevo i desno oko osobe u prosjeku udaljeni oko 3 inča (7.62 cm). To stvara malu razliku između vidnog polja svakog oka; pojedinci će to primijetiti buljeći u objekte samo zatvorenim lijevim okom, a zatim samo zatvorenim desnim okom. Budući da dva oka vide stvari pod različitim kutovima, mozak integrira oba toka informacija u jedan 3D objekt. Međutim, ta je sposobnost ograničena kada su objekti prikazani u ravnoj dvodimenzionalnoj slici, kao na televizijskim i filmskim ekranima. 3D naočale nadilaze ovo ograničenje dopuštajući da druga slika uđe u svako oko uz korištenje filtera u boji ili posebno polariziranih leća.
3D filmovi, kada se gledaju bez 3D naočala, često izgledaju mutno ili blago izobličeni. To je zbog činjenice da se na ekranu zapravo nalaze dvije malo različite slike, svaka pod malo drugačijim kutom od druge. 3D naočale odvajaju dvije slike jednu od druge, prikazujući jednu na lijevo oko, a drugu na desno. Ovo replicira učinak stereoskopskog vida na 3D objekte, dopuštajući da se slike na 3D televizijskim i filmskim ekranima doimaju dubinom unatoč njihovoj dvodimenzionalnoj prirodi.
Dvije su tehnike koje se koriste za stvaranje 3D iluzija: filtriranje boja i polarizacija leće. Filtriranje boja koristi 3D naočale s lećama različitih boja – često crvenim i plavim – kako bi se blokirala jedna od slika na zaslonu iz svakog oka. Proizvodnja i slika i naočala općenito je jeftina, ali slike trpe gubitak boje zbog filtara. Moderna tehnologija koristi slike snimljene s različitim polarizacijama kako bi stvorila 3D iluziju uz minimalan gubitak boje. 3D naočale koje koriste ovu tehniku imaju leće s različitim polarizacijama – jedna leća koja odgovara svakoj polarizaciji slike na zaslonu – kako bi se stvorio osjećaj dubine.