ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การเห็นเป็น 3 มิติดูเหมือนจะมีการแปลผลในเปลือกสมองส่วนการเห็นที่ binocular neurons (เซลล์ประสาทสองตา) ซึ่งมีลานรับสัญญาณในตำแหน่งตามแนวนอนที่ต่างกันในตาทั้งสองเซลล์เช่นนี้จะทำงานเมื่อสิ่งเร้าที่เร้ามันได้ดีที่สุด (preferred stimulus) จะอยู่ที่ตำแหน่งซึ่งถูกต้องในตาซ้ายและตำแหน่งซึ่งถูกต้องในตาขวา ซึ่งแสดงว่ามันตรวจจับความต่างที่เห็นด้วยสองตา (Binocular disparity)เมื่อบุคคลจ้องที่วัตถุหนึ่ง ๆ ตาทั้งสองจะเบนเข้าเพื่อให้วัตถุปรากฏที่กลางจอตาของทั้งสองตาวัตถุอื่น ๆ รอบ ๆ ก็จะมีภาพเลื่อนไปโดยเปรียบเทียบกับวัตถุหลักในตัวอย่างต่อไปนี้ วัตถุหลักคือปลาโลมาจะคงอยู่ที่กลางจอตา ส่วนภาพลูกบาศก์จะเลื่อนไปทางขวาในในตาซ้าย และเคลื่อนไปท้ายซ้ายในตาขวา

เพราะตาแต่ละข้างอยู่ในตำแหน่งตามแนวนอนที่ต่างกัน แต่ละข้างก็จะมีภาพตกลงที่จอตาต่างกันสำหรับทัศนียภาพเดียวกันแต่ปกติเราจะไม่เห็นเป็นสองภาพ แต่เห็นเป็นภาพเดียวถึงอย่างไรก็ดี การมองเห็นเป็น 3 มิติก็ยังเป็นไปได้แม้เห็นภาพซ้อนโดยการเห็นแบบนี้เรียกว่า การเห็นเป็น 3 มิติเชิงคุณภาพ (qualitative stereopsis)[41]

แต่ถ้าภาพต่างกันมาก (เช่น ถ้าตั้งใจมองให้ตาเหล่ หรือแสดงภาพต่างกันแต่ละข้างด้วยกล้องมองภาพสามมิติ) ก็อาจจะเห็นเพียงภาพเดียวในแต่ละขณะ ๆ สลับกันระหว่างภาพซึ่งแสดงที่ตาซ้ายและขวา เป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแข่งขันระหว่างสองตา (binocular rivalry)

การมองเห็นเป็น 3 มิติอาจมีภาวะฮิสเทอรีซิสบางอย่าง คือการทำงานบางอย่างของมันจะขึ้นอยู่กับภาวะของมันในอดีต[42]เช่น เมื่อการเห็นเป็นภาพเดียวและเป็น 3 มิติเสถียรแล้ว ก็จะสามารถคงอยู่ต่อไปได้แม้ถ้าภาพทั้งสองจะดึงออกจากกันแบบสมมาตรตามแนวนอนโดยระดับหนึ่งในแนวตั้ง ก็จะมีปรากฏการณ์เช่นเดียวกันแต่ในระดับที่น้อยกว่าปรากฏการณ์นี้ได้แสดงเป็นครั้งแรกโดยใช้ภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม (random-dot stereograms) ซึ่งในตอนแรกอธิบายโดยขยายทฤษฎี Panum's fusional area[43]แต่ต่อมาจึงชัดเจนว่า ภาวะฮิสเทอรีซิสอื่น ๆ เกี่ยวกับการเห็นเป็น 3 มิติก็มีนอกเหนือจากเรื่อง Panum's fusional area[44]