三维超声是在二维超声基础上，通过计算机重建，获得三维立体的显像方式，可以显示二维超声无法显示的C平面，同时三维图像比二维图像更加直观，更容易被患者理解。目前临床上三维超声主要用于对胎儿、肿瘤的检查。
三维超声可以显示器官的立体结构，实时三维超声可以直观显示心脏内部结构的解剖形态、空间关系、立体方位及血流变化等，但需要有专用探头、体表检查时若过度消瘦或肥胖难以获得满意图像。实时三维超声（表面成像模式）可以显示胎儿形态，某些先天畸形如唇裂、脊椎裂等形体异常表现，但是如果显示部位前方无羊水、该显示的部位未朝向探头、前方被肢体遮挡、胎儿活动频繁、母亲过度肥胖等均不能获得满意图像。