Ruang tiga dimensi ialah model geometri dunia tempat kita tinggal. Ia dipanggil tiga dimensi kerana penerangannya sepadan dengan tiga unit vektor yang mempunyai arah panjang, lebar dan tinggi. Persepsi ruang tiga dimensi berkembang pada usia yang sangat awal dan secara langsung berkaitan dengan koordinasi pergerakan manusia. Kedalaman persepsinya bergantung kepada keupayaan visual kesedaran tentang dunia sekeliling dan keupayaan untuk mengenal pasti tiga dimensi dengan bantuan deria.
Mengikut geometri analitik, ruang tiga dimensi pada setiap titik diterangkan oleh tiga kuantiti pencirian, dipanggil koordinat. Paksi koordinat, terletak berserenjang antara satu sama lain, pada titik persilangan membentuk asal, yang mempunyai nilai sifar. Kedudukan mana-mana titik dalam ruang ditentukan secara relatif kepada tiga paksi koordinat yang mempunyai nilai berangka yang berbeza pada setiap selang waktu tertentu. Ruang tiga dimensi pada setiap titik individu ditentukan oleh tiga nombor yang sepadan dengan jarak dari titik rujukan pada setiap paksi koordinat ke titik persilangan dengankapal terbang yang diberi. Terdapat juga skema koordinat seperti sistem sfera dan silinder.
Dalam algebra linear, konsep dimensi tiga dimensi diterangkan menggunakan konsep bebas linear. Ruang fizikal adalah tiga dimensi kerana ketinggian mana-mana objek tidak bergantung dalam apa cara sekalipun pada lebar dan panjangnya. Dinyatakan dalam bahasa algebra linear, ruang adalah tiga dimensi kerana setiap titik individu boleh ditakrifkan dengan gabungan tiga vektor yang bebas secara linear antara satu sama lain. Dalam rumusan ini, konsep ruang-masa mempunyai makna empat dimensi, kerana kedudukan sesuatu titik pada selang masa yang berbeza tidak bergantung pada lokasinya dalam ruang.
Sesetengah sifat yang dimiliki oleh ruang tiga dimensi secara kualitatif berbeza daripada sifat ruang yang berada dalam dimensi berbeza. Sebagai contoh, simpulan yang diikat pada tali terletak di ruang yang kurang dimensi. Kebanyakan undang-undang fizik berkaitan dengan dimensi tiga dimensi ruang, contohnya, undang-undang kuasa dua songsang. Ruang 3D boleh mengandungi ruang 2D, 1D dan 0D, sementara ia dianggap sebahagian daripada model ruang 4D.
Isotropi ruang ialah salah satu sifat utamanya dalam mekanik klasik. Ruang dipanggil isotropik kerana apabila bingkai rujukan diputar melalui mana-mana sudut sewenang-wenangnya, tiada perubahan dalam hasil pengukuran. Hukum kekekalan momenmomentum adalah berdasarkan sifat isotropik ruang. Ini bermakna di ruang angkasa semua arah adalah sama dan tiada arah yang berasingan dengan definisi paksi simetri bebas. Isotropi mempunyai sifat fizikal yang sama dalam semua arah yang mungkin. Oleh itu, ruang isotropik ialah medium yang sifat fizikalnya tidak bergantung pada arah.
