立体显示的原理在于人的双眼之间存在着约4-6厘米的距离，这使得每只眼睛接收到的图像略有差异。这些不同的图像输入大脑后，会呈现出具有景深的图像。
计算机和投影系统正是利用这个原理来进行立体成像。
在这种显示方式中，屏幕上的图像首先经过驱动程序的颜色过滤处理。左眼的场景会被过滤掉红色光，而右眼的场景则会被过滤掉
蓝色光（即红色光的补色光，绿光加蓝光）。观众佩戴双色眼镜，使左眼只能看到左眼的图像，右眼只能看到右眼的图像，最终由大脑合成物体的正确色彩。尽管这是一种低成本的解决方案，但它通常仅适用于观看无色线框的场景，因为其他显示场景可能因颜色信息的丢失而导致观众感到不适。
在这种模式下，驱动程序交替地渲染左右眼的图像。例如，第一帧为左眼的图像，第二帧为右眼的图像，以此类推。观众佩戴快门眼镜，通过有线或无线方式与
显卡和显示器同步。当显示器显示左眼图像时，眼镜开启左镜片的快门并关闭右镜片的快门；反之亦然。大脑根据视觉暂存效应保留未见图像的印象，从而实现立体影像的观看。然而，这种方法会使图像亮度降低一半，并且对显示器和眼镜快门的刷新
速率有一定的要求，否则可能导致观众不适。
在这种模式下，驱动程序同时渲染左右眼的图像，并通过特殊硬件输出和同步。通常是使用具有双头输出的显卡。左右眼的图像分别通过两台投影机投射，其中一台投影机前面放置偏正镜，另一台投影机前面放置旋转90度的偏正镜。观众佩戴相应旋转的偏振眼镜，根据偏振原理，左右眼只能看到各自对应的图像。这种方式可以获得最佳的效果，但硬件成本较高。
为了消除佩戴偏振眼镜的需求，许多公司在研发无需眼镜的立体显示器。例如，采用“
视差屏障”技术的液晶显示器，通过精确控制每个像素遮挡光线的能力，使右眼或左眼只能看到对应的部分。由于右眼和左眼观察液晶的角度不同，利用此角度差即可将图像分配给右眼或左眼，从而实现无需佩戴专用眼镜的立体显示。
真三维显示技术能够在真正的三维空间内再现图像信息，也被称为空间填充显示。这种显示装置通过适当的刺激位于透明显示体积内的物质，利用可见辐射的产生、吸收或散射形成体素。
包括头盔显示器(HMD)和CAVE系统等更先进的设备，可以通过特定接口实现立体显示。HMD头盔显示器是一种高级显示方式，左右眼的图像可以直接显示在眼睛前方的显示屏上，或者直接投射到视网膜上。HMD可以获得较大的视角覆盖范围，并能跟踪并将视角与头部运动同步。CAVE也是一种被动同步的立体投影设备，其投影覆盖整个空间的上下左右前后表面，从而使观众完全沉浸在虚拟空间中。