２次元反射法地震探査は測線上に受発震点を配置するため反射点も線状に分布し、得られる記録も２次元の断面図であるのに対して、３次元反射法地震探査では受発震点を面的に配置させることにより、反射点分布をある領域内に均等に分布させて３次元的なボリュームのデータを得ることができる。２次元探査に比べてコストは高いものの得られる情報量が膨大でかつ高精度なため、1990年代に入り数多く実施されるようになってきた。このような調査を可能にしたのは、受振器近傍でA/D変換を行いデジタル伝送を行うデジタルテレメトリー型の探鉱機が開発されたことによるところが大きい。これにより多チャンネル化が飛躍的に進み、陸上においては数千チャンネルものレコーディングも普通に行われるようになってきている。
陸上調査の場合、震源と受振点の配置が海上に比べて自由度が高いため、様々な配置法が用いられている。陸上では海上に比べて発震に要する時間がかかるため、出来るだけ多チャンネルでデータを取得するのが一般的である。
一方、海上の３次元探査法では、複数個の震源と複数本のストリーマー・ケーブルを用いて一度に長方形のエリアのデータを取得し、調査地域を往復しながら調査域全域をカバーしていく。
データ処理においては、３次元データに対応した種々の手法が開発されており、特に、構造変化に大きく左右される処理項目（３D DMOや３Dマイグレーション等）において２次元データに比べて大きくイメージング精度が向上する。

（川中　卓、2008 年 5月）