Przestrzeń trójwymiarowa to geometryczny model świata, w którym żyjemy. Nazywa się to trójwymiarowym, ponieważ jego opis odpowiada trzem wektorom jednostkowym o kierunku długości, szerokości i wysokości. Postrzeganie przestrzeni trójwymiarowej rozwija się w bardzo młodym wieku i jest bezpośrednio związane z koordynacją ruchów człowieka. Głębokość jego percepcji zależy od wizualnej zdolności świadomości otaczającego świata oraz umiejętności rozpoznawania trzech wymiarów za pomocą zmysłów.
Według geometrii analitycznej trójwymiarowa przestrzeń w każdym punkcie jest opisana przez trzy wielkości charakteryzujące, zwane współrzędnymi. Osie współrzędnych, położone prostopadle do siebie, w punkcie przecięcia tworzą początek, który ma wartość zero. Położenie dowolnego punktu w przestrzeni jest określane względem trzech osi współrzędnych, które mają różne wartości liczbowe w każdym podanym przedziale. Przestrzeń trójwymiarowa w każdym indywidualnym punkcie jest określona przez trzy liczby odpowiadające odległości od punktu odniesienia na każdej osi współrzędnych do punktu przecięcia zpodany samolot. Istnieją również schematy współrzędnych, takie jak układy sferyczne i cylindryczne.
W algebrze liniowej pojęcie trójwymiarowego wymiaru jest opisane za pomocą pojęcia liniowej niezależności. Przestrzeń fizyczna jest trójwymiarowa, ponieważ wysokość obiektu nie zależy w żaden sposób od jego szerokości i długości. Wyrażona w języku algebry liniowej przestrzeń jest trójwymiarowa, ponieważ każdy pojedynczy punkt można zdefiniować przez kombinację trzech wektorów, które są od siebie liniowo niezależne. W tym ujęciu pojęcie czasoprzestrzeni ma znaczenie czterowymiarowe, ponieważ położenie punktu w różnych odstępach czasu nie zależy od jego położenia w przestrzeni.
Niektóre właściwości przestrzeni trójwymiarowej różnią się jakościowo od właściwości przestrzeni w innym wymiarze. Na przykład węzeł zawiązany na linie znajduje się w przestrzeni o mniejszych wymiarach. Większość praw fizycznych jest związanych z trójwymiarowym wymiarem przestrzeni, na przykład prawa odwrotnych kwadratów. Przestrzeń 3D może zawierać przestrzenie 2D, 1D i 0D, podczas gdy jest uważana za część modelu przestrzeni 4D.
Izotropia przestrzeni jest jedną z jej kluczowych właściwości w mechanice klasycznej. Przestrzeń nazywa się izotropową, ponieważ gdy ramka odniesienia jest obrócona o dowolny kąt, nie ma zmian w wynikach pomiarów. Prawo zachowania momentupęd opiera się na izotropowych właściwościach przestrzeni. Oznacza to, że w przestrzeni wszystkie kierunki są równe i nie ma odrębnego kierunku z definicją niezależnej osi symetrii. Izotropia ma te same właściwości fizyczne we wszystkich możliwych kierunkach. Przestrzeń izotropowa jest więc ośrodkiem, którego właściwości fizyczne nie zależą od kierunku.
