三维动画制作也称为3D动画制作。基于3D电脑图形来表现。有别于二维动画，三维动画提供三维数字空间利用数字模型来制作动画。这个技术有别于以前所有的动画技术，给予动画者更大的创作空间。精度的模型，和照片质量的渲染使动画的各方面水平都有了新的提高，也使其被大量的用于现代电影之中。3D动画几乎完全依赖于电脑制作，在制作时，大量的图形计算机工作会因为电脑性能的不同而不同。3D动画可以通过电脑渲染来实现各种不同的最终影像效果。包括逼真的图片效果，以及2D动画的手绘效果。三维动画主要的制作技术有：建模、渲染、灯光阴影、纹理材质、动力学、粒子效果（部分2D软件也可以实现）、布料效果、毛发效果等。著名的3D动画工作室包括皮克斯、蓝天工作室、梦工厂等。软件则包括3Dmax、Blender、Maya、LightWave 3D、Softimage XSI等。

 其他电脑动画技术电脑动画制作技术通过计算机得到了很大的延伸。很多技术不仅用在动画制作上，还用在电视、电影的制作上。这些技术包括卡通渲染动画（cel-Shading/Toon Shading Animation）动作捕捉（motion capture）、蓝屏（blue screen）、非真实渲染（non-photorealistic rendering）、骨骼动画（skeletal animation）、目标变形动画（morph target animation）、模拟（simulation，模拟风、雨、雷、电等）。另外亦有使用位图或矢量图形制成的小动画，互联网上主流的格式是位图GIF与矢量Flash。

 胶片绘制动画（Drawn on film animation）直接在电影胶片上进行绘制的动画制作技术，也被称为直接动画（direct animation）或者是无摄像机动画（animation without camera），以区别于其他需要一帧帧拍摄图像或物体的动画形式。是早期动画的一种制作方式，也被用于早期的电影中。因为这种技术可以使动画中的角色出现在现实的影像中，类似于合成技术。作品有逃出墨水瓶（out of ink)。

 玻璃动画（Paint-on-glass animation）在玻璃片上绘制作动画。一般采用一些油画的颜料来制作，用时也会用一些树胶水彩画。俄国的亚历山大•佩特洛夫是使用这方面技术有名的动画师，他大约有这种技术拍了七部电影，并且都获得一些奖项。

 针幕动画（Pinscreen animation）针幕动画使用一块有许多可以活动的针的板，然后通过不同的针的上升下降来实现动画效果。这种动画技术可以实现一些传统动画比较难实现的质地效果。

 沙动画（Sand animation）用沙为材料，在一块打前光灯或者是背光的玻璃上用沙子来绘制各种图像，然后做为帧拍摄下来，以制作动画。沙动画在影像上风格独特，有其他动画比较难表现的效果。

 手翻书（Flip book）手翻书是一个带有一系列连贯动作图像的书。当书页被快速翻阅时，看到的图像会因此视觉残留现象而出现动画效果。手翻书一般是针对儿童的，但也有面向成人的采用一系列照片而不是图像的手翻书。手翻书有时也会出现在一般的书或者是杂志的附刊中，或者是页角上。

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