和传统打印机一样，3D打印也需要应用到多种技术。其中，最常见的就是大家都知道的熔融沉积成型（FDM），也被称为熔融长丝制造（FFF）。这种情况下，丙烯腈、聚乳酸（PLA）或其它热塑性材料被融化，通过加热的喷嘴被喷射出来，按层排列就绪。1990年代，Stratasys在IBM的帮助下发明了第一台商用3D打印机，就和其它面向消费者、爱好者和学校的3D打印机一样，使用了FDM-Stratasys公司发明的专业术语。

在以光固化技术为基础的3D打印机中，紫外激光照射到对紫外线敏感的光致聚合物上，从而产生物体的剖面层。将每一个剖面层堆积并且黏合在一起，就组成想要的成品。而光学处理（DLP）3D打印是将液体聚合物暴露在数字光处理投影仪的光照之下，一层层地使聚合物层变硬，直到对象物体形成，剩余的液体聚合物被排出。

多嘴喷射成型3D打印机类似喷墨式3D打印机，它将彩色、粘胶式粘合剂喷射到连续的粉末层中。这是速度最快的3D打印方法，也是少数支持多色打印的3D打印技术。

选择性激光烧结（SLS）利用高能激光熔合塑料、金属、陶瓷或玻璃颗粒。物品被打印出来后，剩余的材料被回收。而电子束熔炼（EBM）利用电子束熔化一层又一层的金属粉末。这种技术下最常用的材料是钛，用来打印医疗植入物和飞机零件。

根据不同的技术，3D打印机使用不同的材料，例如金属（不锈钢、焊锡、铝、钛）、塑料和聚合物（包括塑料与金属、木材和其它材料制成的复合材料）、陶瓷、石膏、玻璃甚至是食品如奶酪、冰块和巧克力。