3D浮空投影原理主要基於全息投影技術和3D投影技術。全息投影技術是利用乾涉和衍射原理記錄並再現物體真實的三維圖像，無需配戴3D眼鏡，就可以產生立體效果。全息幻影成像系統分為180度成像和360度成像兩種，其中360度幻影成像是一種將三維畫面懸浮在實景的半空中成像，營造了亦幻亦真的氛圍，效果奇特，具有強烈的縱深感，真假難辨。
另一種3D投影技術是採用TI的DLP Link技術，其原理是通過DMD晶片輸出120MHz刷新率的畫面，左右眼交替使用，使人眼形成3D的「錯覺」。這種方式通過雙頭輸出的顯示卡將播放內容同步直接輸出到兩個投影機中，投射左眼的投影機前加上偏正鏡，投射右眼圖像的投影機前也加偏正鏡但角度旋轉90度，讓產生兩束偏振光的偏振方向互相垂直。觀眾佩戴偏振眼鏡觀看時，每隻眼睛只能看到相應的偏振圖像，從而在視覺神經系統中產生立體感覺。
總的來說，3D浮空投影原理是通過特殊的投影技術和設備，使人眼接收到不同的圖像信息，從而在大腦中形成具有深度感的立體圖像。