Προσθέτοντας τη δυνατότητα προβολής τρισδιάστατων (3D) εικόνων σε κανονικές δυνατότητες smartphone, το τηλέφωνο 3D εισήλθε για πρώτη φορά στην καταναλωτική αγορά το 2011. Αυτά τα τηλέφωνα αντιπροσωπεύουν συνήθως το υψηλότερο επίπεδο των smartphone, αλλά προσθέτουν μια ειδικά σχεδιασμένη οθόνη που δημιουργεί μια ψευδαίσθηση βάθους και μια κάμερα που μπορεί να τραβήξει τρισδιάστατες φωτογραφίες και βίντεο. Οι συσκευές που ήταν διαθέσιμες το 3 χρησιμοποιούν ένα “φράγμα παράλλαξης” για την εμφάνιση τρισδιάστατων εικόνων και μια κάμερα διπλού φακού για τη λήψη φωτογραφιών και, σε ορισμένες περιπτώσεις, βίντεο κλιπ.
Το βασικό χαρακτηριστικό σε ένα τηλέφωνο 3D είναι η ειδική οθόνη φραγμού parallax. Αυτές οι οθόνες περιέχουν μια ειδική οπτική επίστρωση που αντανακλά εναλλακτικά εικονοστοιχεία σε εναλλακτικές κατευθύνσεις, λειτουργώντας με την ίδια αρχή με τις φακοειδείς τρισδιάστατες εικόνες που χρησιμοποιούνται στη συσκευασία του προϊόντος, όπως πολλά μανίκια καλύμματος DVD. Η οθόνη εμφανίζει τις εικόνες για τα δύο μάτια που συμπλέκονται μεταξύ τους και το φράγμα παράλλαξης στοχεύει την εικόνα για κάθε συγκεκριμένο μάτι σε αυτό το μάτι. Αν και αυτή η τεχνολογία δίνει μια εξαιρετική αίσθηση βάθους, είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στη γωνία με την οποία οι θεατές κοιτάζουν μέσα από αυτήν, καθιστώντας την εξαιρετική επιλογή για μια συσκευή όπως ένα τηλέφωνο 3D, το οποίο συνήθως φοριέται στο χέρι και χρησιμοποιείται από ένα άτομο τη φορά. .
Κάθε τηλέφωνο 3D που είναι διαθέσιμο από τον Δεκέμβριο του 2011 διαθέτει επίσης μια κάμερα 3D που τοποθετείται στο πίσω μέρος. Μια συστοιχία κάμερας 3D αποτελείται από δύο κανονικά συγκροτήματα κάμερας με τους δύο φακούς τοποθετημένους σε μικρή απόσταση μεταξύ τους. Οι δύο κάμερες καταγράφουν ελαφρώς διαφορετικές εικόνες, αντιπροσωπεύοντας τις διαφορετικές γωνίες θέασης των δύο ανθρώπινων ματιών. Το λογισμικό επεξεργασίας εικόνας μέσα στο τηλέφωνο 3D συνδυάζει στη συνέχεια τις δύο εικόνες σε μια ενιαία τρισδιάστατη εικόνα ή αρχείο βίντεο.
Τα τρισδιάστατα τηλέφωνα μπορούν επίσης να εκτελούν άλλες εφαρμογές 3D, όπως παιχνίδια. Παρόλο που τα περισσότερα τηλέφωνα έχουν μόνο μια διεπαφή δισδιάστατου ελέγχου, όπως η οθόνη αφής τους, μπορούν να εμφανίσουν ρεαλιστικές τρισδιάστατες εικόνες. Επιπλέον, από τον Δεκέμβριο του 3, έχουν κατατεθεί πατέντες για οθόνες αφής ευαίσθητες στην πίεση και για συσκευές που μπορούν να ελεγχθούν μέσω τρισδιάστατων χειρονομιών. Καθώς η τεχνολογία προχωρά, τα τηλέφωνα 2011D θα επωφεληθούν από αυτό.
Εκτός από τις δυνατότητές του για 3D, ένα τηλέφωνο 3D είναι επίσης ένα smartphone. Ως εκ τούτου, διαθέτει μνήμη, επεξεργαστή, μπαταρία και ραδιόφωνο, που του επιτρέπουν να επικοινωνεί μέσω δικτύων κινητής τηλεφωνίας, Wi-Fi και bluetooth. Τα τρισδιάστατα τηλέφωνα προσφέρουν συνήθως όλες τις ίδιες δυνατότητες με άλλα δισδιάστατα smartphone παρόμοιας διαμόρφωσης.