三垂線定理是立體幾何中的一個重要定理，它表述為：如果平面內的一條直線與穿過這個平面的一條斜線在這個平面上的射影垂直，那麼這條直線也與這條斜線垂直。該定理可以通過平面斜線的射影與平面內一直線的垂直關係來判定斜線與平面內一條直線的垂直關係。三垂線定理的逆定理是：如果平面內一條直線與穿過該平面的一條斜線垂直，那麼這條直線也垂直於這條斜線在平面內的射影。
三垂線定理的套用包括：
在做圖中，用於作二面角的平面角。
在證明中，用於證明線線垂直。
此外，三垂線定理還可以通過線面垂直證明和向量證明兩種方式進行證明。