Kolmemõõtmelised (3D) tekstuurid on kujutised, mis on tehtud selleks, et kopeerida reaalseid tekstuure, näiteks lehtede veenid või looma karusnahad. Paljud 3D-tekstuurid näevad otse vaadates välja nagu kahemõõtmelised (2D) tekstuurid, kuid nende kahe loomisel on suur erinevus. 3D-tekstuurid on ruudukujulised kujutised, mis on loodud korduma, nii et neid saab asetada pinnale ilma konfliktideta. Neid kasutatakse kõige sagedamini koos 3D-mudelitega, näiteks mängudes ja animatsioonides, et muuta mudelid realistlikumaks või anda neile teatud välimus. Kui neid tekstuure esmakordselt loodi, ei kasutatud neid palju, kuid 3D-tehnoloogia edusammud on muutnud need 2011. aastal tavaliseks.
2D- ja 3D-tekstuure otse vaadates ei suuda enamik inimesi vahet teha. Mõlemad on tehtud nii, et neil on pärismaailma tekstuur ja vilunud 2D-kunstnik saab teha tekstuure, mis näevad välja 3D. Erinevus nende kahe vahel ei seisne mitte niivõrd välimuses, vaid selles, kuidas tekstuure tehakse. Kui 2D-tekstuuridel on kaks mõõdet, siis 3D-tekstuurid tehakse kolmemõõtmelistena, mida tavaliselt tuntakse kui X-, Y- ja Z-mõõtmeid. See lisab uue teabekihi, muutes tekstuurid kasulikuks rohkemate rakenduste jaoks.
Enamik 3D-tekstuure on ruudukujulised kujutised, mis on tehtud korduma. See tähendab, et kui tekstuuripilt on pinnal plaaditud, näeb see välja nagu üks suur pilt. Kui see on korralikult tehtud, siis vaatajad plaatimist ei näe, sest konflikte ei teki. Halvasti kujundatud tekstuurid ei voola, mis tähendab, et üks plaat näeb teise plaadi kõrval ebamugav välja.
Kuigi 3D-tekstuure saab kasutada töölaua taustapiltidena või pildi kaunistustena, kasutatakse neid kõige sagedamini 3D-mudelite puhul. Kui mudelid on plaaditud tekstuuridega, muudab see mudeli välimust. Näiteks kui mudelil on seelik ja sellele on lisatud roosa puuvillane tekstuur, täidab tekstuur seeliku ja muudab selle realistlikumaks.
3D-tekstuuride algusaegadel kasutati neid harva. Selle põhjuseks oli asjaolu, et mälupiirangud muutsid need võimeliseks mängude ja animatsioonide kokkujooksmist või nende õigeks mängimiseks liiga raskeks muutuda. Täiustatud tihendustehnoloogia võimaldab tekstuure muuta nii, et need võtaksid vähem mälu, nii et neid saab kasutada neid probleeme tekitamata. 3D-tekstuuride lisamine võib anda realistlikke tulemusi ja tavaliselt on see lihtsam kui modelleerimisprogrammis tekstuuriga 3D-mudeli kujundamine, seega on need tekstuurid tavalised.