Ajoutant la possibilité d’afficher des images en trois dimensions (3D) aux capacités des smartphones classiques, le téléphone 3D est entré pour la première fois sur le marché grand public en 2011. Ces téléphones représentent généralement le haut de gamme des smartphones, mais ajoutent un écran spécialement conçu qui crée une illusion de profondeur et un appareil photo capable de capturer des photos et des vidéos 3D. Les appareils disponibles en 2011 utilisent une « barrière de parallaxe » pour afficher des images 3D et un appareil photo à double objectif pour prendre des photos et, dans certains cas, des clips vidéo.
La caractéristique clé d’un téléphone 3D est l’écran spécial barrière de parallaxe. Ces écrans contiennent un revêtement optique spécial qui réfléchit les pixels alternés dans des directions alternées, fonctionnant sur le même principe que les images 3D lenticulaires utilisées dans l’emballage des produits, telles que de nombreuses pochettes de DVD. L’écran affiche les images des deux yeux entrelacés, et la barrière de parallaxe dirige l’image de chaque œil particulier vers cet œil. Bien que cette technologie donne une excellente impression de profondeur, elle est extrêmement sensible à l’angle sous lequel les téléspectateurs la regardent, ce qui en fait un excellent choix pour un appareil comme un téléphone 3D, qui est généralement portatif et utilisé par une seule personne à la fois .
Chaque téléphone 3D disponible en décembre 2011 dispose également d’une caméra 3D montée à l’arrière. Un réseau de caméras 3D se compose de deux ensembles de caméras ordinaires avec les deux objectifs montés à une courte distance l’un de l’autre. Les deux caméras capturent chacune des images légèrement différentes, représentant les différents angles de vision des deux yeux humains. Le logiciel de traitement d’image à l’intérieur du téléphone 3D combine ensuite les deux images en une seule image 3D ou un seul fichier vidéo.
Les téléphones tridimensionnels peuvent également exécuter d’autres applications 3D, telles que des jeux. Bien que la plupart des téléphones n’aient qu’une interface de contrôle en deux dimensions, comme leur écran tactile, ils peuvent toujours afficher des images 3D réalistes. De plus, depuis décembre 2011, des brevets ont été déposés pour des écrans tactiles sensibles à la pression et pour des appareils pouvant être contrôlés par des gestes tridimensionnels. Au fur et à mesure que la technologie progresse, les téléphones 3D en bénéficieront.
En plus de sa capacité 3D, un téléphone 3D est également un smartphone. À ce titre, il dispose d’une mémoire, d’un processeur, d’une batterie et d’une radio, ce qui lui permet de communiquer sur les réseaux cellulaires, Wi-Fi et Bluetooth. Les téléphones tridimensionnels offrent généralement toutes les mêmes fonctionnalités que les autres smartphones 2D de configuration similaire.