תהליך הדפסת התלת מימד בונה אובייקט תלת מימדי מתוך מודל דיגיטלי (CAD), בדרך כלל על ידי הוספת חומר שכבה אחר שכבה ברציפות, בניגוד לתהליכי עיבוד שבבי, יציקה וחישול  קונבנציונאלים. תהליכים שבהם החומר מוסר מהפריט או נשפך לתבנית ומעוצב בעזרת מכבשים ופטישים. 

המונח "הדפסת תלת מימד" מכסה מגוון תהליכים שבהם מחברים חומר בשליטת מחשב ליצירת אובייקט תלת ממדי, כאשר החומר מתווסף יחד (כמו מולקולות נוזליות או גרגרי אבקה המתמזגים יחד), בדרך כלל שכבה אחר שכבה. בשנות התשעים טכניקות הדפסת תלת מימד נחשבו כמתאימות רק לייצור אבות טיפוס פונקציונליים או אסתטיים, ומונח מתאים יותר לכך היה אבות טיפוס מהירים (Rapid prototyping). החל משנת 2019 הדיוק, ההדירות וטווח החומרים עלו עד כדי כך שחלק מתהליכי הדפסת התלת מימד נחשבים כטכנולוגיות ייצור תעשייתיות.

אחד היתרונות העיקריים של הדפסת תלת מימד הוא היכולת לייצר צורות או גיאומטריות מורכבות מאוד, ותנאי הכרחי לייצור כל חלק מודפס בתלת מימד הוא מודל תלת ממדי דיגיטלי או קובץ CAD.

תהליך ההדפסה התלת-ממדית הנפוץ ביותר (46% נכון לשנת 2018) הוא טכניקת אקסטרוזית חוט (Fused Deposition Modeling- FDM) וזאת למרות שטכנולוגיית FDM הומצאה אחרי שתי הטכנולוגיות האחרות הפופולריות ביותר, סטריאוליטוגרפיה (SLA) וסינטור לייזר סלקטיבי (SLS). זאת משום ש-FDM היא הטכנולוגיה הזולה ביותר מבין השלוש בפער גדול.

המונח "הדפסת תלת מימד" התייחס במקור לתהליך הדפסת קשרן (Binder) על מיטת אבקה עם ראשי הזרקת דיו שכבה אחר שכבה. לאחרונה, השפה הפופולרית החלה להשתמש במונח כדי להקיף מגוון רחב יותר של טכניקות ייצור.