Trodimenzionalne (3D) teksture slike su napravljene da repliciraju teksture iz stvarnog svijeta, kao što su vene na listu ili krzno na životinji. Mnoge 3D teksture izgledaju kao dvodimenzionalne (2D) teksture kada se gledaju direktno, ali postoji velika razlika u načinu na koji se one stvaraju. 3D teksture su kvadratne slike koje su napravljene da se ponavljaju, tako da se mogu položiti na površinu bez sukoba. Oni se najčešće koriste s 3D modelima, kao što su igre i animacije, kako bi modeli izgledali realističnije ili im dali određeni izgled. Kada su ove teksture tek stvorene, nisu se puno koristile, ali napredak u 3D tehnologiji učinio ih je uobičajenom pojavom od 2011.
Kada gledate direktno u 2D i 3D teksture, većina ljudi neće moći uočiti razliku. Obje su napravljene tako da izgledaju kao da imaju teksturu iz stvarnog svijeta, a vješt 2D umjetnik može napraviti teksture koje izgledaju 3D. Razlika između njih nije toliko u izgledu, već o tome kako su teksture napravljene. Dok 2D teksture imaju dvije dimenzije, teksture u 3D se izrađuju s tri dimenzije, uobičajeno poznate kao X, Y i Z dimenzija. To dodaje novi sloj informacija, čineći teksture korisnim za više aplikacija.
Većina 3D tekstura su kvadratne slike koje se ponavljaju. To znači da, ako je slika teksture popločana na površini, tada će izgledati kao jedna velika slika. Ako se pravilno izvede, gledatelji neće vidjeti pločice, jer neće biti sukoba. Loše dizajnirane teksture neće teći, što znači da će jedna pločica izgledati neugodno pored druge pločice.
Dok se 3D teksture mogu koristiti kao pozadine za desktop ili kao ukrasi na slici, najčešće se koriste s 3D modelima. Kada su teksture popločane preko modela, to će promijeniti izgled modela. Na primjer, ako model ima suknju i preko nje je dodana ružičasta pamučna tekstura, tekstura će ispuniti suknju i učiniti da izgleda realističnije.
U ranim danima 3D tekstura rijetko su se koristile. To je bilo zato što su ograničenja memorije omogućila da se igre i animacije ruše ili postanu preteške memorije za pravilno igranje. Napredna tehnologija kompresije omogućuje da teksture zauzmu manje memorije, tako da se mogu koristiti bez izazivanja ovih problema. Dodavanje 3D tekstura može dati realistične rezultate, a obično je lakše nego dizajnirati 3D model s teksturom u programu za modeliranje, pa su te teksture uobičajene.