立体电影，是利用人的双眼视角差和汇聚功能等特性拍摄的，放映时产生立体效果的电影。普通的电影或照片都是一个镜头从单一视角拍摄的，影像都在同一平面上，人只能根据生活经验（如近大远小、光线明暗）对其产生空间感。而立体电影则是由类似人两眼的不同视角摄制的具有水平视角差的两幅画面组成的，放映时，两幅画面重叠在幕上呈双影，观众需要通过特制眼镜或幕前辐射状、半锥形透镜光栅来观看。观众左眼看到的是从左视角拍摄的画面，右眼看到的是从右视角拍摄的画面，通过双眼的汇聚功能，便会合成为立体视觉影像。因此，观众看到的影像好像有的在幕后深处，有的脱框而出，似触手可及，给人以身临其境的逼真感。
采用幕前辐射状、半锥形透镜光栅的立体电影，会受到观众厅座位区位置的严格限制，观众头部不能随便移动，否则立体效果就会消失，因此，观众感到异常不便。在戴眼镜观看的立体电影中，广泛采用了彩色眼镜法和偏光眼镜法。彩色眼镜法是把左右两个视角拍摄的两个影像，分别以红色和青（或绿）色重叠印到同一画面上，制成一条电影胶片。放映时，可用一般放映设备，但观众需戴一片为红、另一片为青（或绿）色的眼镜，使通过红色镜片的眼睛只能看到红色影像，通过青色镜片的眼睛只能看到青色影像。此法的缺点是观众两眼色觉不平衡，容易产生疲劳；优点是不需要改变放映设备。初期的立体电影常用这种方法。1985年，日本筑波国际科技博览会上展出了采用这种方法观看的球幕黑白电影，效果颇佳。
偏光眼镜法的立体电影，从1922年开始一直为各国所重视，有些国家已和大视野的电影相结合，拍成质量更高、效果更好的彩色立体电影。这种电影在放映时，左右画面以偏振轴互为90 °的偏振光放映在不会破坏偏振方向的金属幕上，成为重叠的双影，观看时，观众戴上偏振轴互为90 °并与放映画面的偏振光相应的偏光眼镜，即可把双影分开获得立体效果。由于制作和放映工艺的不同，偏光立体电影有双机和单机之分。1985年的筑波博览会上，展出了大银幕彩色立体电影。自20世纪60年代以来，中国拍摄的立体电影基本都是偏光立体电影。
前苏联在20世纪70年代研试了全息立体电影，观看时不必戴眼镜，有很大的影像亮度范围。由于观众眼睛的视觉调节和收敛是自然的，因此，这种电影不会引起眼部的过分紧张和疲劳，观众只要转动头部，即可看到如同实物那样的位置变化，比普通电影有更大的深度感，就像真实物体那样。