物理渲染器是一種基於真實光線物理特性的渲染引擎，它們採用光譜的計算原理，打破了長久以來光能傳遞等渲染技術。這些渲染器中的所有元素，如燈光發射器、材質、燈光等，都是完全依靠精確的物理模型產生的。物理渲染器的主要功能包括：
內部沒有采用傳統的RGB色彩空間，而是用光譜來定義光線的顏色。
把光線當作攜帶能量的電磁波來看待。
避免傳統的Photon Map、Radiosity等算法的缺點。
內置真實的攝影機鏡頭算法，可以直接計算白光色散等光學現象。
先進的Caustics算法。
嚴格的光源定義，不允許沒有面積的光源，並且支持衆多數量的光源。
完全真實的Motion Blur。
物理渲染器的產品特點是效果高度逼真，但渲染速度可能較慢。在電影和廣告行業中，一些著名的物理渲染器包括：
Arnold。由Solid Angle SL開發，被廣泛應用於電影和廣告行業，以準確性、可靠性和高效能而聞名。
V-Ray。由Chaos Group開發，廣泛應用於建築、產品和遊戲設計等領域，提供了強大的光照和材質處理能力。
Redshift。一箇高速GPU渲染器，適用於多箇3D應用程序，以快速的渲染速度和高品質的渲染效果而聞名。
Octane Render。基於GPU的渲染器，適用於多箇3D應用程序，以其快速的渲染速度和高品質的渲染效果而聞名。
此外，還有一些其他物理渲染器，如Renderman、Carrara、Keyshot等。隨着技術的不斷髮展，新的物理渲染器如Appleseed和Nvidia Omniverse也在逐漸嶄露頭角。