Kolmiulotteisten (3D) kuvien näyttämismahdollisuuden lisääminen tavallisiin älypuhelinominaisuuksiin lisäsi 3D-puhelimen ensimmäisen kerran kuluttajamarkkinoille vuonna 2011. Nämä puhelimet edustavat tyypillisesti älypuhelimien huippuluokkaa, mutta lisäävät erityisesti suunnitellun näytön, joka luo illuusion syvyydestä ja kamera, joka voi ottaa 3D -kuvia ja videoita. Vuonna 2011 saatavilla olevat laitteet käyttävät “parallaksiestoa” 3D-kuvien näyttämiseen ja kaksoislinssikameraa valokuvien ja joissakin tapauksissa videoleikkeiden ottamiseen.
3D -puhelimen tärkein ominaisuus on erityinen parallaksiesto. Näissä näytöissä on erityinen optinen pinnoite, joka heijastaa vaihtoehtoisia kuvapisteitä eri suuntiin ja toimii samalla periaatteella kuin tuotepakkauksissa käytetyt linssimaiset 3D -kuvat, kuten monet DVD -kansiholkit. Näyttö näyttää kahden silmän kuvat lomitettuna toisiinsa, ja parallaksiesto kohdistaa kunkin silmän kuvan kyseiseen silmään. Vaikka tämä tekniikka antaa erinomaisen syvyyden tunteen, se on erittäin herkkä kulmalle, jolla katsojat katsovat sitä, joten se on erinomainen valinta 3D -puhelimen kaltaiselle laitteelle, jota tyypillisesti pidetään kädessä ja jota käyttää yksi henkilö kerrallaan .
Jokaisessa joulukuussa 3 saatavilla olevassa 2011D-puhelimessa on myös takana asennettu 3D-kamera. 3D -kamera koostuu kahdesta tavallisesta kamerakokoonpanosta, joissa kaksi objektiivia on asennettu lyhyen matkan päähän toisistaan. Molemmat kamerat ottavat kumpikin hieman erilaisia kuvia, jotka edustavat kahden ihmissilmän eri katselukulmaa. 3D -puhelimen sisällä oleva kuvankäsittelyohjelmisto yhdistää kaksi kuvaa yhdeksi 3D -kuva- tai videotiedostoksi.
Kolmiulotteiset puhelimet voivat käyttää myös muita 3D-sovelluksia, kuten pelejä. Vaikka useimmissa puhelimissa on vain kaksiulotteinen ohjausliitäntä, kuten kosketusnäyttö, ne voivat silti näyttää realistisia 3D-kuvia. Lisäksi joulukuussa 2011 on patentoitu paineherkkiä kosketusnäyttöjä ja laitteita, joita voidaan ohjata kolmiulotteisilla eleillä. Tekniikan kehittyessä 3D -puhelimet hyötyvät siitä.
3D -ominaisuuksiensa lisäksi 3D -puhelin on myös älypuhelin. Siinä on muisti, prosessori, akku ja radio, joiden avulla se voi kommunikoida matkapuhelin-, Wi-Fi- ja Bluetooth-verkkojen kautta. Kolmiulotteisissa puhelimissa on tyypillisesti kaikki samat ominaisuudet kuin muilla saman kokoonpanon 2D-älypuhelimilla.