全息投影膜的原理主要基於以下兩個方面：
全息乾涉原理。在全息投影過程中，首先通過雷射束照射物體，使其形成漫射式的物光束；同時，另一部分雷射作為參考光束射到全息膜上，與物光束疊加產生乾涉。這種乾涉作用將物體光波上各點的相位和振幅轉換成在空間上變化的強度，並通過乾涉條紋間的反差和間隔記錄下物體的全部信息。
全息衍射原理。記錄有物體光波信息的全息膜，在相乾雷射照射下，可以形成原始象和共軛象兩個圖像。由於全息膜記錄了物體上各點的光信息，因此理論上它的每一部分都能再現原物的整個圖像。通過多次曝光，還可以在同一張全息膜上記錄多個不同的圖像，這些圖像能互不干擾地分別顯示出來。
全息投影膜的套用廣泛，包括但不限於虛擬成像、娛樂表演、展覽展示等，它提供了一種無需配戴3D眼鏡即可產生立體效果的技術。