Oggetti tridimensionali semplici possono essere rappresentati con equazioni operanti su un sistema di riferimento cartesiano tridimensionale: per esempio, l'equazione x²+y²+z²=r² è perfetta per una sfera di raggio r. Anche se equazioni così semplici possono sembrare limitative, l'insieme degli oggetti realizzabili viene ampliato con una tecnica chiamata geometria solida costruttiva (CSG, constructive solid geometry), la quale combina oggetti solidi (come cubi, sfere, cilindri, ecc.) per formare oggetti più complessi attraverso le operazioni booleane (unione, sottrazione e intersezione): un tubo può ad esempio essere rappresentato come la differenza tra due cilindri aventi diametro differente.
Queste equazioni non sono tuttavia sufficienti a descrivere con accuratezza le forme complesse che costituiscono la gran parte del mondo reale, per cui non è di utilizzo comune. Per modellare superfici curve in modo arbitrario si possono usare le patch, ovvero l'estensione delle spline, che approssimano curve continue, alle tre dimensioni. Le patch più comunemente usate sono in pratica basate su spline NURBS.
L'impiego di equazioni matematiche pure come queste richiede l'utilizzo di una gran quantità di potenza di calcolo, e non sono quindi pratiche per le applicazioni in tempo reale come videogiochi e simulazioni. Una tecnica più efficiente, e tuttora la più diffusa e flessibile è il poly-modelling o modellazione poligonale. Questa permette un maggiore livello di dettaglio a spese però della maggiore quantita di informazioni necessaria a memorizzare l'oggetto risultante, chiamato modello poligonale.
Un modello poligonale e "sfaccettato" come una scultura grezza può essere comunque raffinato con algoritmi per rappresentare superfici curve: questa tecnica è chiamata "superfici di suddivisione". Il modello viene raffinato con un processo di interpolazion iterativa rendendolo sempre più denso di poligoni, che approssimeranno meglio curve ideali, derivate matematicamente dai vari vertici del modello.