光學三維掃描儀是將光柵連續投射到物體表面，攝像頭同步采集圖像，然后對圖像進行計算，并利用相位穩步極線實現兩幅圖像上的三維空間坐標（X、Y、Z），從而實現對物體表面三維輪廓的測量。
光學三維掃描儀是由三個互相垂直的運動軸X，Y，Z建立起的一個直角坐標系，測頭的一切運動都在這個坐標系中進行，測頭的運動軌跡由測球中點來表示。測量時，把被測零件凡放在工作臺上，測頭與零件表面接觸，三坐標測量機的檢測系統可以隨時給出測球中點在坐標系中的準確位置。當測球沿著工件的幾何型面移動時，就可以準確地的計算出被測工件的幾何尺寸，現狀和位置公差等。
三角測距法：用一束激光以某一角度聚焦在被測物體表面，然后從另一角度對物體表面上的激光光斑進行成像，物體表面激光照射點的位置高度不同，所接受散射或反射光線的角度也不同，用CCD（圖像傳感器）光電探測器測出光斑像的位置，就可以計算出主光線的角度θ。然后結合己知激光光源與CCD之間的基線長度d，經由三角形幾何關系推求掃描儀與物體之間的距L≈dtanθ。
手持激光掃描儀通過上述的三角形測距法建構出3D圖形：通過手持式設備，對待測物發射出激光光點或線性激光。以兩個或兩個以上的偵測器測量待測物的表面到手持激光產品的距離，通常還需要借助特定參考點－通常是具黏性、可反射的貼片－用來當作掃描儀在空間中定位及校準使用。這些掃描儀獲得的數據，會被導入電腦中，并由軟件轉換成3D模型。
