3D-lasergraveeringuna tuntud graveerimisvorm on graveerimise eriliik, mis hõlmab kas graveerimist kolmemõõtmelisele pinnale korraga rohkem kui ühele servale või erineva sügavustasemega 3D-kujutise loomist. Lasergraveerimine, mis kasutab lõiketera asemel laserit, on selles 3D-protsessis parem, sest see võib kergesti pinna sisse kaevata, ilma et see natuke kogemata teele jääks või eelnevaid graveerimisjälgi tabaks. 3D-lasergraveerimisega kasutatav pilt võetakse tavaliselt halltoonides kujutisest ja operaator peab teadma, kuidas halltoonid kalibreerida, et saavutada õige sügavus ja efekt. Samuti on olemas spetsiaalsed lasergraveerijad, mis on võimelised graveerima klaasi või kristalli pinna alla, et luua materjali sees 3D-kujutisi.
3D-lasergraveerimise lihtsaim versioon on see, kui 3D-objekti graveeritakse korraga rohkem kui ühte külge. Näiteks kui keegi soovib graveeritud kuubikut, kulub mitme külje korraga graveerimiseks vähem aega kui iga külje eraldi tegemiseks. Seda tüüpi graveerimisseadmed kasutavad korraga kahte või enamat laserit ning kasutajal peavad olema kõik küljed õigesti programmi laaditud, muidu tuleb graveering valesti välja.
Enamasti kasutatakse sügavusega 3D-kujutise loomiseks 3D lasergraveerimist. Näiteks tavalise graveerijaga asetatakse materjali sisse tasane kujutis, mille jooned viitavad sügavusele. Nikerdamine sarnaneb 3D-graveerimisega, kuna mõlemad uurivad materjali, et luua visuaalselt eristatav esi- ja taust. Graveerimisega tehakse seda erineva intensiivsusega laseriga.
Sub-surface lasergraving (SSLE) on 3D lasergraveerimise meetod, mis ei graveeri mitte materjali pinnale, vaid selle alla. Tavaliselt tehakse seda kristalli või klaasiga, kuna muud läbipaistmatud materjalid ei suuda pilti kuvada. SSLE-d kasutatakse reklaamtoodete jaoks ja see jätab sageli inimesed kriimustama või hõõruma kristalli või klaasi pinda, imestades, kuidas graveerija sai materjali sisse pildi, jätmata pinnale jälgi.
Enamikul 3D-lasergraveerimismasinatel on 3D-kujutis seadistatud halltoonides. Musta ja valge vahel on 256 halli varjundit. Mida lähemal valgele, seda vähem lõigatakse ära; mida lähemal mustale, seda rohkem materjali ära lõigatakse. Teades, kuidas pilti õigesti värvida, saab graveerija saada materjali õige lõike.