Trodimenzionalne zagonetke ili 3D zagonetke stavljaju nekoliko novih okretaja na konvencionalni format slagalice. Obično ove zagonetke predstavljaju višedimenzionalni dizajn na tri osnovna načina. Kao prvo, slagalica bi mogla raditi kao 3D film, gdje su potrebne 3D naočale kako bi slika slagalice dobila dubinu. Lentikularna 3D slagalica dobiva dimenzionalnost kroz kretanje. Drugi izrađivači slagalica podižu 3D zagonetke na doslovniju razinu, pri čemu je cijela slagalica konstruirana tako da ima oblik stvarnog objekta.
Rješavanje zagonetki popularna je zabava i za odrasle i za djecu. Ove izazovne aktivnosti tradicionalno uključuju spajanje ravnog, obično četvrtastog komada kartona izrezanog na komade različitih oblika. Grafika krasi ove dijelove, a kada se slagalica složi, nastaje cjelovita slika. Kada je slagalica 3D, ona ili ima sliku koja se čini trodimenzionalnom ili sama slagalica ima dimenziju.
Prave 3D zagonetke imaju dubinu, oblik i dimenziju koje simuliraju nešto stvarno. Na primjer, mnogi proizvođači prodaju slagalice dizajnirane kao modele poznatih zgrada koje su, kada su izgrađene, u biti minijaturne verzije svojih kolega iz stvarnog života. Za razliku od tradicionalnijih zagonetki, ove vrste slagalica obično se grade od temelja. Komadi su također deblji, čvršći i uglatijeg oblika od običnih dijelova slagalice. Drugi primjeri replika trodimenzionalnih zagonetki mogu uključivati zagonetke globusa i zagonetke sa životinjama.
Lentikularne zagonetke i grafičke 3D zagonetke obično imaju tradicionalnu ravnu strukturu slagalice, ali dijelovi stvaraju 3D sliku. Uobičajene 3D grafičke zagonetke spajaju postavljene slike zajedno na način koji stvara iluziju dubine kada se koriste posebne 3D naočale za gledanje. Osim toga, slike mogu biti konstruirane tako da izgledaju kao da se pomiču kada se gledaju iz različitih kutova. Ova vrsta efekta može proizaći iz upotrebe lentikularne leće, koja uključuje snimanje slika s malim varijacijama i njihovo ispisivanje u slojevima na papir ili plastične materijale. Stereoskopske slikovne zagonetke zahtijevaju samo malu promjenu kuta gledanja za svako oko kako bi se obradila drugačija slika i percipirala dubina, dok transformacija zagonetki 3D ispisa zahtijeva značajnu promjenu kutova gledanja slagalice.
Neke vrste uređaja za rješavanje problema mogu se smatrati i 3D zagonetkama. Osim slagalica, svaki uređaj koji tjera korisnika da se kreće kroz izazov ili pregovara o nizu izbora kako bi došao do rješenja mogao bi se smatrati zagonetkom. Kao takvi, ručni predmeti kao što je Rubikova kocka mogu se promatrati kao 3D slagalica. Ovaj konkretni objekt je kocka s različitim uzorcima boja koje korisnik mora uskladiti okretnim pokretima.