فضای سه بعدی یک مدل هندسی از دنیایی است که ما در آن زندگی می کنیم. سه بعدی نامیده می شود زیرا توصیف آن مربوط به سه بردار واحد است که دارای جهت طول، عرض و ارتفاع هستند. درک فضای سه بعدی در سنین بسیار پایین ایجاد می شود و ارتباط مستقیمی با هماهنگی حرکات انسان دارد. عمق ادراک او به توانایی بصری آگاهی از دنیای اطراف و توانایی تشخیص سه بعدی به کمک حواس بستگی دارد.
طبق هندسه تحلیلی، فضای سه بعدی در هر نقطه با سه کمیت مشخص کننده به نام مختصات توصیف می شود. محورهای مختصاتی که عمود بر یکدیگر قرار دارند در نقطه تقاطع مبدا را تشکیل می دهند که مقدار آن صفر است. موقعیت هر نقطه در فضا نسبت به سه محور مختصاتی تعیین می شود که در هر بازه معین مقدار عددی متفاوتی دارند. فضای سه بعدی در هر نقطه با سه عدد مربوط به فاصله از نقطه مرجع در هر محور مختصات تا نقطه تقاطع باهواپیمای داده شده همچنین طرح‌های مختصاتی مانند سیستم‌های کروی و استوانه‌ای وجود دارد.
در جبر خطی، مفهوم یک بعد سه بعدی با استفاده از مفهوم استقلال خطی توصیف می شود. فضای فیزیکی سه بعدی است زیرا ارتفاع هیچ جسمی به هیچ وجه به عرض و طول آن بستگی ندارد. در زبان جبر خطی، فضا سه بعدی است زیرا هر نقطه را می توان با ترکیبی از سه بردار که به طور خطی مستقل از یکدیگر هستند تعریف کرد. در این فرمول، مفهوم فضا-زمان معنایی چهار بعدی دارد، زیرا موقعیت یک نقطه در فواصل زمانی مختلف به مکان آن در فضا بستگی ندارد.
برخی از خصوصیاتی که یک فضای سه بعدی دارد از نظر کیفی با خصوصیات فضاهایی که در ابعاد متفاوت هستند متفاوت است. مثلاً گره ای که روی طناب بسته می شود در فضایی با ابعاد کمتر قرار دارد. بیشتر قوانین فیزیکی مربوط به بعد سه بعدی فضا است، به عنوان مثال، قوانین مربع معکوس. فضای سه بعدی می تواند شامل فضاهای 2 بعدی، 1 بعدی و 0 بعدی باشد، در حالی که بخشی از مدل فضای 4 بعدی در نظر گرفته می شود.
ایزوتروپی فضا یکی از ویژگی های کلیدی آن در مکانیک کلاسیک است. فضا را ایزوتروپیک می نامند زیرا هنگامی که قاب مرجع در هر زاویه دلخواه بچرخد، هیچ تغییری در نتایج اندازه گیری ایجاد نمی شود. قانون بقای لحظهتکانه بر اساس خواص همسانگرد فضا است. این بدان معناست که در فضا همه جهات برابر هستند و جهت جداگانه ای با تعریف یک محور تقارن مستقل وجود ندارد. ایزوتروپی در تمام جهات ممکن خواص فیزیکی یکسانی دارد. بنابراین، فضای همسانگرد محیطی است که خواص فیزیکی آن به جهت بستگی ندارد.
