Tridimenzionalna (3D) grafična kartica je kos računalniške strojne opreme, ki je lahko dejanska razširitvena kartica, nameščena v računalniku, ali integriran mikročip, ki je vgrajen v matično ploščo računalnika ali druge elektronske naprave. V obeh primerih je namen 3D grafične kartice zagotoviti dodatno procesorsko moč in včasih pomnilnik, ki ga je mogoče nameniti izključno upodabljanju 3D grafike na monitorju ali drugi prikazovalni napravi. Različne komponente na 3D grafični kartici vključujejo grafično procesno enoto (GPU), grafični pomnilnik z naključnim dostopom (RAM), včasih ločeno matematično enoto s plavajočo vejico (FPU) in, če kartica to zahteva, ventilator ali hladilno telo za odvaja toploto, ki nastane med delovanjem. Ko je 3D grafična kartica nameščena v računalnik ali drugo napravo, povečanja hitrosti in učinkovitosti nista vedno samodejna, ker mora programska oprema posebej vmesati s kartico, da pridobi prednosti, ki jih zagotavlja, čeprav so nekateri operacijski sistemi zasnovani za uporabo 3D. privzeto grafično kartico, če je prisotna.
Obstaja veliko aplikacij, ki obsežno uporabljajo 3D grafiko in zahtevajo ogromno izračunov v delcih sekunde. Z uporabo 3D grafične kartice lahko te izračune izvede grafični procesor v povezavi z grafičnim RAM-om na načine, ki jih proizvajalci optimizirajo, da so čim hitrejši. Večino matematike opravlja grafična kartica, zato lahko centralna procesna enota (CPU) na glavni matični plošči v računalniku prosto obdeluje druge informacije, kot jih zahteva aplikacija.
Poleg povečanja hitrosti 3D aplikacij lahko 3D grafična kartica poveča tudi kakovost slik, ki so upodobljene prek nje. To je mogoče, ker lahko uporabnik spreminja nastavitve strojne opreme prek osnovnih vhodnih in izhodnih storitev (BIOS) grafične kartice, da omogoči kartici, da preglasi določena navodila programske opreme in sama izvaja izboljšave slike. Najpogosteje je to lahko v obliki anti-aliasinga, ki delno skrije nazobčane slikovne pike na sliki, in naprednega upravljanja geometrije scene in osvetlitve za zagotavljanje boljših rezultatov, kot da bi se zanašali samo na navodila aplikacije.
Fizični vidik 3D grafične kartice je le eden od mnogih razlogov, da lahko tako hitro upodablja 3D grafiko. GPU je na isti plošči kot grafični RAM, zato je fizična pot med pomnilnikom in procesorjem neverjetno majhna in ji ni treba iti skozi nobene druge komponente, kot je to v primeru primarnega sistemskega RAM-a in CPU. To pomeni, da je do informacij, shranjenih v grafičnem RAM-u, mogoče dostopati z zelo hitro hitrostjo, zaradi česar so izračuni in pomnilniške kopije izjemno hitri in učinkoviti.