3D 四輪定位儀的工作原理是將四個目標反光板安裝在車輛的四個輪輞之上，滾動車輪，由攝像機對目標反光板上的幾何圖形進行連續拍攝，通過計算機對幾何圖形的變化進行分析運算，得出車輪及底盤等的相應定位參數，再由顯示屏進行顯示。這主要采用物理透視學的基本原理與計算機信息處理技術。

目前 3D 四輪定位儀有第一代和第二代產品。第一代產品核心部件是工業照相機，必須在指定位置靜止拍照，推車測量時要在車輛靜止狀態下對標靶進行兩次持續 3 秒鐘以上的拍照，通過計算這兩個點來擬合出標靶的運動曲線，從而得出車輛輪胎定位的相關參數。這種方法對硬件要求低、軟件計算簡單、成本低，但缺點明顯，假設條件多，誤差大、重復性差，甚至可能測量失敗。

第二代產品相機像素大幅提升至 500 萬，單張圖片可用于計算，相機內有幀緩存器，標靶運動過程中連續拍照的照片傳送至電腦不會畸變，能計算出標靶運動軌跡上的一系列點，剔除個別晃動和偏離的點，大大提高了測量精確度、重復性、效率和成功率。

另外，還有 V3D 四輪定位儀，其“眼睛”是安裝在照相機支持架兩端的兩個高分辨率的 CCD 錄像式照相機，可在光線暗淡場所工作，有專門設計的光學鏡頭提供設備視野，鏡頭永久性安裝且三重密封保護，還有帶通濾波器限制光譜范圍。頻率篩選板安裝 80 個規律排列的紅外線發光二極管提供光源，發射至目標盤以便照相機反饋接受，發光二極管與照相機同步工作。