但是平面掃描儀無法獲取立體物品，技術的需求讓三維掃描儀種類越來越多，大到可以掃地球表面，小到可以掃描分子內部結構，讓人嘖嘖稱奇的地面三維激光掃面技術，可實景複製，能精確地測量地球表面的地形地貌，與傳統的大地測量方法不同，傳統的大地測量方法如三角測量方法，GPS測量都是基於點的測量，測量結果不夠精準，而三維激光掃描技術是基於面的數據採集方式，通過掃描獲得海量點雲數據，進行更精準的測量。
採用三維激光掃描技術的三維激光掃描儀，按照掃描平臺的不同可以分為機載（或星載）三維激光掃描系統、地面型三維激光掃描系統、便攜式三維激光掃描系統，一般按照有效掃描距離分類：
短距離三維激光掃描儀
最長掃描距離不超過3m，一般最佳掃描距離為0.6～1.2m，適合用於小型模具的測量，掃描速度快且精度較高，可掃描多達30萬點，精度高達0.018mm，如：美能達公司的VIVID 910高精度三維激光掃描儀。
中距離三維激光掃描儀
最長掃描距離小於30m，多用於大型模具或者室內空間的測量。
長距離三維掃描激光掃描儀
掃面距離大於30m，主要用於建築物、礦山、大壩、大型土木工程等的測量。
航空三維激光掃描儀
掃描距離通常大於1km，並且需要配備精確的導航定位系統的三維激光掃描儀，可用於大範圍地形的掃描測量。
一臺高速精確的激光測距儀，配上一組可以引導激光並以均角速度掃描的發射後稜鏡，工作原理是激光測距儀注意註定發射激光，同時接受物表面反射的信號從而可以進行測距，針對每一個掃描點可測得測站至掃描點的斜距，再配合掃描的水平和垂直方向角。可以得到每一掃描點與測站的空間相對座標，如果測站的空間座標是已知的，那麼則可以求得每一個掃描點的三維座標。
三維激光掃描儀的具體結構以地面激光掃描系統為例，整個系統由地面三維激光掃描儀、數碼相機、後處理軟件、電源以及附屬設備構成，採用非接觸式高速激光測量方式，獲取地形或者複雜物體的幾何圖形數據和影像數據，最終由後處理軟件對採集的點雲數據和影像數據進行處理，轉換成絕對的座標系中的空間位置或模型。
要使三維激光掃描儀發揮其功能，需要通過兩種類型的軟：一類是掃描儀的控制軟件，另一類是數據處理軟件。前者通常是掃描儀隨機附帶的操作軟件，既可用於獲取數據，也可以對數據進行相應處理，如Riegi掃描儀附帶的軟件Ri 算是CANPro；而後者多為第三方廠商提供，主要用於數據處理，如Optech三維激光掃描儀所用軟件polyworks 10.0。
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