잉크젯프린터에서 디지털화된 파일이 전송되면 잉크를 종이 표면에 분사하여 2D 이미지를 인쇄하는 원리와 같다. 2D 프린터는 앞뒤(x축)와 좌우(y축)으로만 운동하지만, 3D 프린터는 여기에 상하(z축) 운동을 더하여 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어낸다. 입체 형태를 만드는 방식에 따라 크게 한 층씩 쌓아 올리는 적층형이 있다. 적층형은 파우더(SLS TYPE)나 플라스틱 액체(SLA TYPE) 또는 플라스틱 실을 종이보다 얇은 0.06~0.2㎜의 층(레이어)으로 겹겹이 쌓아 입체 형상을 만들어내는 방식(FDM TYPE)이다. 레이어가 얇을수록 정밀한 형상을 얻을 수 있고, 3D 프린터에 따라 채색을 동시에 진행할 수 있는 3D 프린터도 있다.

제작 단계는 모델링(modeling), 프린팅(printing), 피니싱(finishing)으로 이루어진다. 모델링은 3D 도면을 제작하는 단계로, 3D CAD(computer aided design)나 3D 모델링 프로그램 또는 3D 스캐너 등을 이용하여 제작하는 것이다. 프린팅은 모델링 과정에서 제작된 3D 도면을 이용하여 물체를 만드는 단계로, 적층형으로 작업을 진행하는 것이다. 이때 소요시간은 제작물의 크기와 복잡도에 따라 다르다. 피니싱은 산출된 제작물에 대해 보완 작업을 하는 단계로, 색을 칠하거나 표면을 연마하거나 부분 제작물을 조립하는 등의 작업을 진행하는 것이다.

3D 프린터는 전통적으로 항공이나 자동차와 같은 제조업 분야에서 주로 활용되었으나, 최근에는 그 활용 영역을 빠르게 넓혀 가고 있다. 가장 대표적인 분야가 의료, 건설, 소매, 식품, 의류 산업이다.
의료 분야는 가장 적극적으로 3D 프린터 기술을 도입하고 있는 분야로, 관절, 치아, 두개골, 의수 등을 비롯한 인공 귀나 인공 장기를 만드는 데 이용하고 있다.