การเพิ่มความสามารถในการแสดงภาพสามมิติ (3D) ไปยังความสามารถของสมาร์ทโฟนปกติโทรศัพท์ 3D จะเข้าสู่ตลาดผู้บริโภคในปี 2554 โดยทั่วไปแล้วโทรศัพท์เหล่านี้จะเป็นตัวแทนของสมาร์ทโฟนระดับสูงกว่า แต่เพิ่มหน้าจอที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ กล้องที่สามารถจับภาพ 3 มิติและวิดีโอ อุปกรณ์ที่มีในปี 2554 ใช้ "อุปสรรครัลแลกซ์" เพื่อแสดงภาพ 3 มิติและกล้องสองเลนส์เพื่อถ่ายภาพและในบางกรณีวิดีโอคลิป
คุณสมบัติที่สำคัญในโทรศัพท์ 3D คือหน้าจอกั้นรัลแลกซ์พิเศษ หน้าจอเหล่านี้มีการเคลือบแบบออพติคอลพิเศษที่สะท้อนพิกเซลทางเลือกในทิศทางอื่นโดยทำงานบนหลักการเดียวกับภาพ 3 มิติที่ใช้ในการบรรจุผลิตภัณฑ์เช่นแขนหุ้มดีวีดีจำนวนมาก หน้าจอแสดงภาพสำหรับดวงตาทั้งสองข้างสอดประสานกันและสิ่งกีดขวางแนวรัลแลกซ์มีจุดมุ่งหมายให้ภาพสำหรับดวงตาแต่ละข้างโดยเฉพาะที่ตานั้น แม้ว่าเทคโนโลยีนี้ให้ความลึกที่ยอดเยี่ยม แต่ก็มีความไวต่อมุมที่ผู้ชมมองผ่านเป็นอย่างมากทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์เช่นโทรศัพท์ 3 มิติซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้มือถือและใช้คนเดียวในแต่ละครั้ง .
โทรศัพท์ 3D ทุกรุ่นที่มีในเดือนธันวาคม 2554 ยังมีกล้อง 3D ติดตั้งอยู่ด้านหลัง อาร์เรย์กล้อง 3D ประกอบด้วยชุดกล้องปกติสองชุดโดยมีเลนส์สองตัวติดตั้งแยกกันในระยะใกล้ กล้องสองตัวแต่ละตัวจับภาพที่แตกต่างกันเล็กน้อยซึ่งแสดงมุมมองที่แตกต่างกันของดวงตามนุษย์สองคน ซอฟต์แวร์ประมวลผลภาพภายในโทรศัพท์ 3D จะรวมภาพสองภาพเป็นไฟล์ภาพ 3D หรือไฟล์วิดีโอเดียว
โทรศัพท์สามมิติสามารถเรียกใช้แอปพลิเคชัน 3D อื่น ๆ เช่นเกม แม้ว่าโทรศัพท์ส่วนใหญ่จะมีเพียงส่วนควบคุมสองมิติเช่นหน้าจอสัมผัส แต่ยังสามารถแสดงภาพ 3 มิติที่เหมือนจริงได้ นอกจากนี้ ณ เดือนธันวาคม 2554 มีการยื่นสิทธิบัตรสำหรับหน้าจอสัมผัสที่ไวต่อแรงกดและสำหรับอุปกรณ์ที่สามารถควบคุมผ่านท่าทางสามมิติ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีโทรศัพท์ 3D จะได้รับประโยชน์จากมัน
นอกจากความสามารถด้าน 3D แล้วโทรศัพท์ 3 มิติยังเป็นสมาร์ทโฟนอีกด้วย ด้วยคุณสมบัติของหน่วยความจำตัวประมวลผลแบตเตอรี่และวิทยุซึ่งทำให้สามารถสื่อสารผ่านเครือข่ายเซลลูลาร์, Wi-Fi และบลูทู ธ โดยทั่วไปแล้วโทรศัพท์สามมิติจะเสนอคุณสมบัติทั้งหมดเช่นเดียวกับสมาร์ทโฟน 2D อื่น ๆ ที่มีการกำหนดค่าที่คล้ายกัน
