Τα τρισδιάστατα (3D) γυαλιά λειτουργούν χειραγωγώντας τη μηχανική της στερεοσκοπικής όρασης για να δημιουργήσουν μια ψευδαίσθηση βάθους. Η στερεοσκοπική όραση, η ικανότητα του ανθρώπου να βλέπει και με τα δύο μάτια, ερμηνεύει την είσοδο από το αριστερό και το δεξί μάτι ως μια ενιαία εικόνα, ακόμα κι αν τα μάτια βλέπουν αντικείμενα σε διαφορετικές γωνίες. Αυτό επιτρέπει στα άτομα να μετρούν την απόσταση και το βάθος σε τρισδιάστατα αντικείμενα, αλλά όχι σε επίπεδες εικόνες, όπου τα μάτια βλέπουν μικρή διαφορά στην προοπτική. Τα γυαλιά 3D, σε συνδυασμό με εικόνες ή βίντεο ειδικής παραγωγής, επιτρέπουν σε κάθε μάτι να δει μια διαφορετική εικόνα, η οποία με τη σειρά της επιτρέπει στη στερεοσκοπική όραση ενός ατόμου να ερμηνεύσει το βάθος.
Η στερεοσκοπική όραση επιτρέπει σε ένα άτομο να δει το βάθος και την απόσταση ενός αντικειμένου λόγω σε μεγάλο βαθμό του γεγονότος ότι το αριστερό και το δεξί μάτι ενός ατόμου απέχουν περίπου 3 ίντσες (7.62 cm) κατά μέσο όρο. Αυτό δημιουργεί μια μικρή διαφορά μεταξύ του οπτικού πεδίου κάθε ματιού. Τα άτομα θα το παρατηρήσουν κοιτάζοντας αντικείμενα με κλειστό μόνο το αριστερό μάτι και μετά με το δεξί μάτι κλειστό. Δεδομένου ότι τα δύο μάτια βλέπουν τα πράγματα σε διαφορετικές γωνίες, ο εγκέφαλος ενσωματώνει και τις δύο ροές πληροφοριών σε ένα μόνο τρισδιάστατο αντικείμενο. Αυτή η ικανότητα είναι περιορισμένη, ωστόσο, όταν τα αντικείμενα παρουσιάζονται σε μια επίπεδη δισδιάστατη εικόνα, όπως είναι στις τηλεοπτικές και κινηματογραφικές οθόνες. Τα γυαλιά 3D ξεπερνούν αυτόν τον περιορισμό επιτρέποντας σε μια διαφορετική εικόνα να εισχωρήσει σε κάθε μάτι με τη χρήση χρωματικών φίλτρων ή ειδικά πολωμένων φακών.
Οι ταινίες 3D, όταν προβάλλονται χωρίς γυαλιά 3D, εμφανίζονται συχνά θολές ή ελαφρώς παραμορφωμένες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχουν στην πραγματικότητα δύο ελαφρώς διαφορετικές εικόνες στην οθόνη, η καθεμία σε ελαφρώς διαφορετική γωνία από την άλλη. Τα τρισδιάστατα γυαλιά χωρίζουν τις δύο εικόνες μεταξύ τους, παρουσιάζοντας τη μία στο αριστερό μάτι και την άλλη στο δεξί. Αυτό αναπαράγει την επίδραση της στερεοσκοπικής όρασης σε τρισδιάστατα αντικείμενα, επιτρέποντας στις εικόνες στις οθόνες 3D τηλεόρασης και ταινιών να φαίνεται ότι έχουν βάθος παρά τη δισδιάστατη φύση τους.
Υπάρχουν δύο τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία τρισδιάστατων ψευδαισθήσεων: φιλτράρισμα χρώματος και πόλωση φακού. Το φιλτράρισμα χρώματος χρησιμοποιεί γυαλιά 3D με φακούς διαφορετικού χρώματος —συχνά κόκκινους και μπλε— για να αποκλείσει μία από τις εικόνες στην οθόνη από κάθε μάτι. Η παραγωγή τόσο των εικόνων όσο και των γυαλιών είναι γενικά χαμηλού κόστους, αλλά οι εικόνες υφίστανται απώλεια χρώματος λόγω των φίλτρων. Η σύγχρονη τεχνολογία χρησιμοποιεί εικόνες που έχουν κινηματογραφηθεί με διαφορετικές πολώσεις για να δημιουργήσουν την 3D ψευδαίσθηση με ελάχιστη απώλεια χρώματος. Τα τρισδιάστατα γυαλιά που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνική έχουν φακούς με διαφορετική πόλωση —ένας φακός για να ταιριάζει με κάθε πόλωση εικόνων στην οθόνη— για να δημιουργήσουν μια αίσθηση βάθους.