К трехмерным видам анимации принадлежат технологии, использующие ширину, высоту и глубину пространства снимаемого поля. В основе всех видов объемной анимации используется принцип покадровой съемки, но в отличие от двухмерных видов экранный образ создается путем перемещения объектов или их частей в пространстве. К числу видов трехмерной анимации относится анимация объектов или предметов.
Одной из наиболее распространенных форм трехмерной анимации является кукольная анимация. Появление этой технологии связано с творческой деятельностью знаменитого режиссера русского дореволюционного кино Владислава Старевича, впервые начавшего снимать анимационные, или как тогда их называли трюковые ленты, с использованием манекенов насекомых.
В фильмах, созданных на основе технологии пластилиновой анимации, используются трехмерные персонажи, сделанные из различных пластических масс. Чаще всего для работы в этой технологии используют материалы, имеющие восковую, нефтяную или синтетическую основу, т.е. основу препятствующую затвердеванию формы. Подобно обычным куклам, фигуры из пластилина обычно имеют внутренний каркас, удерживающий форму. Он может быть как сложным, основанным на шарнирном соединении, так и простым, представляющим проволочную конструкцию и дающим гутаперчивость движению элементов.
Технология объемной анимации тотализация была придумана в 1952 году А. Алексеевым. Ее суть заключается не в анимации неподвижных объектов кадр за кадром изменяющих пофазово свое положение в пространстве, а в фиксации покадровой съемкой движущихся объектов, соединенных при помощи системы сложных маятников.
Еще одной не столь распространенной трехмерной технологией создании анимационного фильма является пиксиляция. Основу этой технологии составляет фотографический образ реальности, трансформированный графическим способом обработки натуры или ротоскопным принципом съемки.