裸眼3D技術的原理是利用人眼觀察物體的視差現象，即人的左眼和右眼從略微不同的角度觀察物體時，在視網膜上形成的影像存在微小差異，大腦能夠識別這種差異並感知立體視覺。
裸眼3D技術通過在螢幕上顯示不同角度的圖像來模擬這種雙眼視差。適當的光學結構（如透鏡或光柵）套用於螢幕時，能在觀眾的左眼和右眼之間產生不同的視角，使大腦感知到立體效果。目前存在的裸眼3D顯示技術主要包括：
視差障壁(Barrier)式。類似於偏振式3D，通過使用開關液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜製造出一系列垂直條紋，這些條紋通過遮擋不應該到達相應眼睛的圖像，來分離左右眼的視圖。
柱狀透鏡(Lenticular Lens)式。通過透鏡的折射原理，將左右眼對應的像素點分別投射在左右眼中，實現圖像分離。這種技術的優點是透鏡不會遮擋光線，因此亮度較高。
指向光源。精確控制兩組螢幕分別向左右眼投射圖像，通過特定的光學系統實現。
這些技術都利用了人眼的視差原理，使得觀眾無需佩戴特殊眼鏡就能看到立體圖像。裸眼3D技術廣泛套用於公共場所的大螢幕顯示器，方便多人同時觀賞。