Die Charakterisierung der Topologie von Einzelstrukturen oder gesamten Oberflächenbereichen mit möglichst hoher Auflösung ist für die Prozessentwicklung oder die Qualitätskontrolle oft von großer Bedeutung. 3D-Messverfahren nutzen hauptsächlich bekannte geometrisch-trigonometrische Beziehungen für die Bestimmung einer Punktkoordinate im Raum. Alternativ können Laufzeiten von reflektierten Messstrahlen oder deren Reflexionsverhalten an sich genutzt werden.

Die bekanntesten Sensorprinzipien sind das Autofokusprinzip, das konfokale Prinzip und das konoskopische Prinzip. Je nach Beschaffenheit des Messobjektes bzw. der Messaufgabe eignet sich der eine oder andere Sensor jeweils besser, z.B. in Abhängigkeit von zu erwartenden Flankensteilheiten, Bohrungstiefen oder dem Reflexionsverhalten an der Oberfläche. Die Objektoberfläche wird in mehreren Linien abgescannt oder insgesamt als Bild aufgenommen. Softwarealgorithmen generieren daraus 3D-Topografien und können verschiedene Berechnungen in den Bilddaten vornehmen.