虛擬現(xiàn)實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)過凸狀透鏡使影像因折射產(chǎn)生類似遠方效果。利用此效果將近處物體放大至遠處觀賞而達到所謂的全像視覺(Hologram)。液晶顯示器(早期用小型陰極射線管，最近已有應用有機電致發(fā)光顯示器件)的影像通過一個偏心自由曲面透鏡，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，因此在光學上它已不單是透鏡功能，基本上已成為自由面棱鏡。當產(chǎn)生的影像進入偏心自由曲面棱鏡面，再全反射至觀視者眼睛對向側凹面鏡面。側凹面鏡面涂有一層鏡面涂層，反射同時光線再次被放大反射至偏心自由曲面棱鏡面，并在該面補正光線傾斜，到達觀視者眼睛。

虛擬現(xiàn)實立體頭盔的光學技術設計和制造技術日趨完善，不僅作為個人應用顯示器，它還是緊湊型大屏幕投影系統(tǒng)設計的基礎，可將小型LCD顯示器件的影像透過光學系統(tǒng)做成全像大屏幕。除了在現(xiàn)代先進軍事電子技術中得到普遍應用成為單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的必備裝備外，還拓展到民用電子技術中，虛擬現(xiàn)實電子技術系統(tǒng)首先應用了虛擬現(xiàn)實立體頭盔。

無論是要求在現(xiàn)實世界的視場上同時看到需要的數(shù)據(jù)，還是要體驗視覺圖像變化時全身心投入的臨場感，模擬訓練、3D游戲、遠程醫(yī)療和手術，或者是利用紅外、顯微鏡、電子顯微鏡來擴展人眼的視覺能力，虛擬現(xiàn)實立體頭盔都得到了應用。比如軍事上在車輛、飛機駕駛員以及單兵作戰(zhàn)時的命令傳達、戰(zhàn)場觀察、地形查看、夜視系統(tǒng)顯示、車輛和飛機的炮瞄系統(tǒng)等需要信息顯示的，都可以采用虛擬現(xiàn)實立體頭盔。在CAD/CAM 操作上，HMD使操作者可以遠程查看數(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技術進行波音777飛機設計時，虛擬現(xiàn)實立體頭盔就得到了應用。