Mit der Möglichkeit, dreidimensionale (3D) Bilder zu den normalen Smartphone-Funktionen hinzuzufügen, kam das 3D-Telefon 2011 erstmals auf den Verbrauchermarkt. Diese Telefone stellen normalerweise das obere Ende der Smartphones dar, fügen jedoch einen speziell entwickelten Bildschirm hinzu, der eine Illusion von Tiefe und eine Kamera, die 3D-Fotos und -Videos aufnehmen kann. Die 2011 erhältlichen Geräte nutzen eine „Parallaxe“ für die Darstellung von 3D-Bildern und eine doppeläugige Kamera für die Aufnahme von Fotos und teilweise Videoclips.
Das Hauptmerkmal eines 3D-Telefons ist der spezielle Parallaxenbarriere-Bildschirm. Diese Bildschirme enthalten eine spezielle optische Beschichtung, die abwechselnd Pixel in abwechselnde Richtungen reflektiert und nach dem gleichen Prinzip arbeitet wie die linsenförmigen 3D-Bilder, die in Produktverpackungen wie vielen DVD-Hüllen verwendet werden. Der Bildschirm zeigt die Bilder für die beiden miteinander verschachtelten Augen, und die Parallaxenbarriere richtet das Bild für jedes einzelne Auge auf dieses Auge. Obwohl diese Technologie ein ausgezeichnetes Tiefengefühl vermittelt, reagiert sie äußerst empfindlich auf den Blickwinkel des Betrachters, was sie zu einer ausgezeichneten Wahl für ein Gerät wie ein 3D-Telefon macht, das normalerweise in der Hand gehalten und von einer einzelnen Person gleichzeitig verwendet wird .
Jedes ab Dezember 3 erhältliche 2011D-Telefon verfügt auch über eine auf der Rückseite angebrachte 3D-Kamera. Ein 3D-Kamera-Array besteht aus zwei regulären Kamerabaugruppen, wobei die beiden Objektive in geringem Abstand zueinander montiert sind. Die beiden Kameras nehmen jeweils leicht unterschiedliche Bilder auf, die die unterschiedlichen Blickwinkel der beiden menschlichen Augen darstellen. Die Bildverarbeitungssoftware im 3D-Telefon kombiniert dann die beiden Bilder zu einer einzigen 3D-Bild- oder Videodatei.
Dreidimensionale Telefone können auch andere 3D-Anwendungen ausführen, beispielsweise Spiele. Obwohl die meisten Telefone nur über eine zweidimensionale Bedienoberfläche wie ihren Touchscreen verfügen, können sie dennoch realistische 3D-Bilder anzeigen. Darüber hinaus wurden seit Dezember 2011 Patente für druckempfindliche Touchscreens und Geräte angemeldet, die durch dreidimensionale Gesten gesteuert werden können. Mit dem technologischen Fortschritt werden 3D-Telefone davon profitieren.
Neben seiner 3D-Fähigkeit ist ein 3D-Telefon auch ein Smartphone. Als solches verfügt es über einen Speicher, einen Prozessor, einen Akku und ein Funkgerät, das es ihm ermöglicht, über Mobilfunk-, Wi-Fi- und Bluetooth-Netzwerke zu kommunizieren. Dreidimensionale Telefone bieten in der Regel dieselben Funktionen wie andere 2D-Smartphones mit ähnlicher Konfiguration.