虛擬現(xiàn)實(shí)立體頭盔的原理是將小型二維顯示器所產(chǎn)生的影像藉由光學(xué)系統(tǒng)放大。具體而言，小型顯示器所發(fā)射的光線經(jīng)過凸?fàn)钔哥R使影像因折射產(chǎn)生類似遠(yuǎn)方效果。利用此效果將近處物體放大至遠(yuǎn)處觀賞而達(dá)到所謂的全像視覺(Hologram)。液晶顯示器(早期用小型陰極射線管，最近已有應(yīng)用有機(jī)電致發(fā)光顯示器件)的影像通過一個(gè)偏心自由曲面透鏡，使影像變成類似大銀幕畫面。由于偏心自由曲面透鏡為一傾斜狀凹面透鏡，因此在光學(xué)上它已不單是透鏡功能，基本上已成為自由面棱鏡。當(dāng)產(chǎn)生的影像進(jìn)入偏心自由曲面棱鏡面，再全反射至觀視者眼睛對向側(cè)凹面鏡面。側(cè)凹面鏡面涂有一層鏡面涂層，反射同時(shí)光線再次被放大反射至偏心自由曲面棱鏡面，并在該面補(bǔ)正光線傾斜，到達(dá)觀視者眼睛。

虛擬現(xiàn)實(shí)立體頭盔的光學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)日趨完善，不僅作為個(gè)人應(yīng)用顯示器，它還是緊湊型大屏幕投影系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，可將小型LCD顯示器件的影像透過光學(xué)系統(tǒng)做成全像大屏幕。除了在現(xiàn)代先進(jìn)軍事電子技術(shù)中得到普遍應(yīng)用成為單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的必備裝備外，還拓展到民用電子技術(shù)中，虛擬現(xiàn)實(shí)電子技術(shù)系統(tǒng)首先應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實(shí)立體頭盔。

無論是要求在現(xiàn)實(shí)世界的視場上同時(shí)看到需要的數(shù)據(jù)，還是要體驗(yàn)視覺圖像變化時(shí)全身心投入的臨場感，模擬訓(xùn)練、3D游戲、遠(yuǎn)程醫(yī)療和手術(shù)，或者是利用紅外、顯微鏡、電子顯微鏡來擴(kuò)展人眼的視覺能力，虛擬現(xiàn)實(shí)立體頭盔都得到了應(yīng)用。比如軍事上在車輛、飛機(jī)駕駛員以及單兵作戰(zhàn)時(shí)的命令傳達(dá)、戰(zhàn)場觀察、地形查看、夜視系統(tǒng)顯示、車輛和飛機(jī)的炮瞄系統(tǒng)等需要信息顯示的，都可以采用虛擬現(xiàn)實(shí)立體頭盔。在CAD/CAM 操作上，HMD使操作者可以遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)，比如局部數(shù)據(jù)清單、工程圖紙、產(chǎn)品規(guī)格等。波音公司在采用VR技術(shù)進(jìn)行波音777飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)立體頭盔就得到了應(yīng)用。