Η ολογραφία είναι η δημιουργία τρισδιάστατων εικόνων που ονομάζονται ολογράμματα. Η διαδικασία είναι παρόμοια με αυτή της φωτογραφίας, εκτός από το ότι αντί να καταγράφει μια εικόνα, καταγράφει φωτεινά πεδία. Για να ξεκινήσει η διαδικασία, δύο δέσμες φωτός δημιουργούνται από τη διάθλαση μιας δέσμης φωτός που κατευθύνεται σε έναν καθρέφτη. Η μία δέσμη κατευθύνεται στο αντικείμενο που πρόκειται να τεκμηριωθεί, ενώ η άλλη φωτίζει το μέσο εγγραφής. Η παρεμβολή μεταξύ αυτών των δύο ακτίνων δημιουργεί μια φανταστική τρισδιάστατη εικόνα όταν φωτίζεται με ακτίνα λέιζερ.
Κάθε μία από τις δοκούς που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία της ολογραφίας έχει ένα όνομα. Η ακτίνα που φωτίζει το αντικείμενο που πρόκειται να συλληφθεί ονομάζεται δέσμη αντικειμένου. Μετατοπίζεται από τη δέσμη αναφοράς που λάμπει στο μέσο εγγραφής. Μόλις αναπτυχθεί το ολόγραμμα, εμφανίζεται με ακτίνα λέιζερ μέσω της εικόνας. Τοποθετείται στην αντίθετη κατεύθυνση και σε γωνία πανομοιότυπη με τη δέσμη αναφοράς.
Οι εικόνες ολογραφίας καταγράφονται σε φωτογραφικές πλάκες. Αν και η διαδικασία συλλογής εικόνων είναι κάπως παρόμοια με την κανονική φωτογραφία, συλλέγονται περισσότερες οπτικές πληροφορίες για το συγκεκριμένο αντικείμενο παρά με μια φωτογραφία. Η διάσπαρτη επίδραση των ανακλώμενων ακτίνων φωτός καταγράφει το βάθος και τη λεπτομέρεια που ο φακός της κάμερας δεν μπορεί να καταγράψει. Μια κάμερα καταγράφει μια εικόνα χρησιμοποιώντας φως που δεν διαπερνά τις γωνίες του αντικειμένου, αλλά φωτίζει ολόκληρη την περιοχή, είτε φυσικά είτε μέσω τεχνητού φωτισμού.
Καθώς οι δέσμες φωτός που χρησιμοποιούνται στην ολογραφία εστιάζουν μόνο σε ορισμένα αντικείμενα, το περιβάλλον δεν συμπεριλαμβάνεται στην εικόνα που τραβήχτηκε. Η φωτογραφική πλάκα καταγράφει την οπτική παρεμβολή που προκύπτει από το φως που χτυπά το αντικείμενο. Δεν συλλαμβάνει το αντικείμενο όπως φαίνεται με γυμνό μάτι.
Για να λειτουργήσει σωστά η ολογραφία, οι δέσμες φωτός πρέπει να είναι σταθερές σε όλη τη διαδικασία λήψης εικόνας, μια κατάσταση που είναι γνωστή ως συνοχή. Για το λόγο αυτό, τα λέιζερ τείνουν να είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη πηγή, επειδή είναι ευκολότερο να διατηρούνται εντελώς ακίνητα. Ωστόσο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλες πηγές φωτός. Είναι δυνατή η χρήση οποιωνδήποτε δύο πηγών φωτός για τη δημιουργία ενός ολογράμματος, εφόσον μπορούν να διατηρήσουν ένα επαρκές μήκος συνοχής.
Για να εμφανιστεί σωστά ένα ολόγραμμα, το φως πρέπει να διαπερνά την εικόνα που τραβήχτηκε ακριβώς εκεί που κατευθυνόταν αρχικά η δέσμη αναφοράς. Διαφορετικά, η εικόνα θα παραμορφωθεί. Μόλις τοποθετηθεί η δέσμη, η πλάκα με την εικόνα που τραβήχτηκε μπορεί να μετακινηθεί για να δείξει τις άλλες πλευρές του αντικειμένου σαν να είναι ακόμα παρόν.