La vision binoculaire constitue un raffinement fondamental de la fonction visuelle, d'apparition tardive dans l'évolution des espèces, permettant au système nerveux central d'utiliser et d'intégrer les images provenant de chaque œil. Cette vision binoculaire comporte plusieurs degrés, allant de la vision simultanée (1^erdegré), à la fusion (2^edegré) et à la vision stéréoscopique (3^edegré). Néanmoins, la vision stéréoscopique pourrait constituer une forme spécifique de vision binoculaire, fondée sur des capacités du système différentes de la fusion. L'existence de certains facteurs anatomiques et moteurs est indispensable pour que puisse apparaître une vision binoculaire. Il faut d'une part que les deux yeux aient une acuité visuelle satisfaisante sans anisométropie importante, source d'aniséiconie. L'existence de cette vision binoculaire nécessite également l'existence d'une hémidécussation des voies optiques permettant la superposition de points correspondants de l'hémirétine nasale d'un œil et temporale de l'autre, ainsi que l'intégrité du cortex visuel. C'est en effet au niveau du cortex strié que s'effectue l'intégration binoculaire, mais d'autres aires visuelles extrastriées pourraient être impliquées dans l'analyse de la vision stéréoscopique. Il ne doit pas exister de limitation de la motilité de chaque œil et l'équilibre oculomoteur doit être normal afin que les objets perçus au niveau de l'horoptère puissent se projeter sur des points rétiniens correspondants. Ces derniers peuvent être définis comme deux points possédant une même direction en vision monoculaire ou binoculaire. Ils sont situés à une même distance de la fovea de chaque œil. Les anomalies de projection d'un objet sur des points rétiniens correspondants permettent d'expliquer les phénomènes de diplopie et confusion. Les objets situés à distance de l'horoptère induisent une diplopie physiologique. Néanmoins, une vision simple persiste de part et d'autre de l'horoptère au niveau de « l'aire spatiale de Panum » puisqu'à un point rétinien donné peut correspondre non pas un point unique de l'autre œil, mais une zone rétinienne dite « aire fusionnelle de Panum ». Enfin, l'existence d'un écart interoculaire est à l'origine d'une disparité binoculaire de fixation. La disparité horizontale constitue le facteur essentiel de la vision stéréoscopique. En fonction du temps de présentation des stimuli, du degré de disparité binoculaire requis pour déclencher une sensation de relief ou du champ de vision à analyser, il est possible de différencier plusieurs formes de vision stéréoscopique, dont une vision du relief appliquée à des objets en mouvement.