3DS部分的功能特色[註 2]與前代機種（DSi、DSi LL）相同，都有著上下雙畫面螢幕、觸控式螢幕下畫面、麥克風、相機鏡頭等配備，並能向下相容任天堂DS遊戲卡匣（但不能插入任天堂DS震動卡等周邊設備與Game Boy Advance卡匣），而在內建軟體、操作方式和無線通訊方面卻有著顯著的不同。
3D影像
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此图上面的视差障壁技术是3DS使用的三维图像生成方法
延續任天堂DS系列主機的特色，3DS仍然是雙螢幕，上螢幕採用了日本夏普公司開發的15：9寬比例/3.53吋视差障壁式裸視3D螢幕，不需3D眼鏡就可以觀看3D影像，還配置了一個3D深淺控制滑鈕，可依玩家喜好來調整；下螢幕則是4:3比例/3.02吋的觸控螢幕。螢幕方面相較於DS和DSi來說，解析度和可顯示色數提升了許多[註 3]。
全新操作
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除了以往DS的操作按鍵，3DS還新增了類比滑墊、動態感應器、陀螺儀、HOME按鍵等操作。類比滑墊（英文：Circle Pad、日文：スライドパッド）是任天堂全新開發的類比式控制鈕，能夠360度控制，比起先前的十字方向按鍵，使用上更為舒適、好用。動態感應器和陀螺儀新增了3DS的遊玩方式，增加了遊戲變化的無限可能。HOME按鍵可以讓玩家回到主機介面並暫停或結束遊戲，暫停的同時還可以使用其他的小工具。這些小工具包含一個可以手寫的遊戲筆記、一個用於新增和查看好友的好友清單、儲存不知不覺通信和擦身通信信息的通知信夾和一個網路瀏覽器。
無線通信
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3DS的通信功能比起DS，3DS有著更為多樣化的功能。除了原有的無線通信、Wi-Fi通信兩種方式，還新增了先前在DS遊戲軟體中廣受好評的「瞬缘连接」以及「悄然连接」。
瞬缘连接（英文：Street Pass，日文：すれちがい通信）
開啟瞬缘连接功能時，玩家可以藉由和路人的接近來遇到其他的玩家彼此交流資訊。遇到其他玩家時，指示燈會變成綠燈來提醒玩家。玩家可以在「Mii廣場」來查看遇到的玩家資料和Mii資訊。主機內可以設置12個想要進行瞬缘连接的軟體來進行通信，即使在沒有使用軟體的情況下，也能夠自動進行瞬缘连接。
悄然连接（英文：Spot Pass，日文：いつの間に通信）
當玩家開啟通信功能並身處在一個有開放式無線網路的環境時，悄悄通訊就會自動使用。如果设置为启用，主機將會自動接收網際網路上的新資訊，如自動系統更新、系統更新的新資訊、遊戲新資訊、免費軟體通知、本地服務資訊、甚至是遊戲的下載內容（DLC）等等。收到來自網路的訊息、資訊時，指示燈會變成藍燈來提醒玩家。
任天堂網路（Nintendo Network）。
網路服務方面，3DS不再對應DS/Wii的「任天堂Wi-Fi连接（Nintendo Wi-Fi Connection）」，而是使用全新的網路服務「任天堂網路（Nintendo Network）」，同時也新增遊戲付費追加下载内容（DLC）販售等功能。
娛樂功能
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延續之前任天堂DSi所擁有的拍照和音樂功能，3DS的娛樂功能相對地更為強化。透過主機外側的兩個攝像鏡頭，將可以拍攝3D照片並立即觀看或編輯，相片格式為MPO和JPG。相機功能上，比起DSi變化更多，可以調整銳利度、對比度或是亮度等等，或者是有趣的「閃亮閃亮鏡頭」、「合體鏡頭」等。但部分的DSi功能則在3DS中取消，相片畫質相對DSi則較為貧弱。音樂功能可讀取MP3和AAC相關格式的檔案，強化了音樂視覺效果和有趣的小功能，另外還可以使用擦身通信來瞭解最近的流行歌曲排行。此外，在「3.0.0 - 5J型」版本的系統更新中，相機功能新增了3D攝影功能，影片格式為AVI，另外還具有三種錄影模式[70][71]。玩家亦可放入自己的相片或影片，但需符合檔案的命名規則和規格限制。
Mii
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主機內建了Mii工作室（英文：Mii Studio、日文：Miiスタジオ），將可以製作在Wii主機中大受歡迎的Mii形象，玩家可以製作自己或朋友、家人的Mii形象。對於製作Mii感到麻煩或困難的人，亦可以使用拍照功能來製作。此外，3DS的Mii和Wii有所差異，3DS的Mii將擁有更多的形象配件，如：頭髮、眼睛、鼻子等等。另外，玩家亦可將Wii上或任天堂DS專用軟體朋友收藏集（日语：トモダチコレクション）（トモダチコレクション）的Mii傳送到3DS內，但無法逆傳送。Mii形象也可在3DS之間交流，或者轉換成QR代碼和圖片，但部分Mii QR可能有分區限制。而在《擦身通信Mii廣場》中，玩家可以和其他玩家的Mii進行交流，玩家可以取得其他玩家擁有的遊戲拼圖碎片，或利用這些Mii進行小遊戲《擦肩传说》的遊玩。
任天堂也会利用悄悄通訊發送特殊黃金Mii與玩家問候，包含岩田聰、松岡修造和斯科特·墨菲特（Scott Moffitt）等人。
對應Wii U連動，包含3DS、電腦、攜帶電話等也將可使用一個全新的社群服務「Mii世界」，玩家可透過這個社群系統，與其他的朋友和世界的玩家進行遊戲的交流，玩家可以和有相同愛好的遊戲主題社群中，一起討論話題或疑問[72]。
Nintendo eShop
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Nintendo eShop（英文：Nintendo eShop、日文：ニンテンドーｅショップ）是繼DSi和Wii線上商店之後推出的3DS線上應用商店，可以下載各式各樣的應用軟體、遊戲試玩、遊戲下載內容、懷舊遊戲等等。此外，擁有任天堂DSi或DSiLL（DSiXL）的玩家，可以將自己主機上的DSi Ware專用軟體轉移到3DS上。除了下載遊戲和應用軟體以外，玩家亦可為遊玩過的遊戲進行評分、下載遊戲的修正檔、輸入特定序號取得限定軟體等等，若進行任天堂俱樂部的帳號綁定，可在任天堂俱樂部上獲取下載軟體或試玩版的遊戲問卷，用戶可從填寫完的問卷中獲得俱樂部點數。
此外，任天堂於2012年4月27日的決算說明會中指出，未來將提供實體遊戲的數位下載服務，已確認將會開始提供的有《新 超級瑪利歐兄弟 2》和《魔鬼腦力鍛鍊》，採任天堂電子商店和實體店併行販售，實體店可決定數位版的價格，任天堂也表明任天堂電子商店的數位版不會比較便宜[73]。
除了少部分的免費軟體以外，幾乎所有的軟體和服務的取得都必須以電子商店點數支付，一點約同等於一元3DS服務所在地的貨幣（日圓、新臺幣、港元），而電子商店點數的取得方式有三種：
購買任天堂官方所推出的固定面額點數卡（任天堂亦發售過薩爾達傳說、瑪利歐和卡比等特別圖樣的點數卡提供給玩家購買，但先前使用於DSi和Wii的舊版點數卡並不能使用於3DS上）。
使用信用卡或是可線上刷卡的Visa金融卡來儲值（2022年1月18日起日本地區終止使用）。
Suica消費（日本地區限定，2022年1月18日起終止使用）
需要注意的是，點數一經儲值就會和主機綁定不能退費，因此玩家在購買和使用時需要做好財務規劃。
Virtual Console
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任天堂電子商店將會提供眾多類型的Virtual Console遊戲，首波將從Game Boy和Game Boy Color開始提供，日後也會有PC Engine、Game Gear[74][75]和FC遊戲機[49]的遊戲提供。而除了大使方案提供的十款非賣品Game Boy Advance遊戲以外，日後是否會提供其他付費版的Game Boy Advance遊戲則尚未明確。
到目前為止，任天堂已經提供了Game Boy、Game Boy Color、Game Gear、FC遊戲機四種懷舊平台遊戲。懷舊平台包含了一些特殊的功能，包含可顯示原主機畫面和主機的懷舊邊框以及即時存檔等等。除此之外，部分的懷舊平台獲重製成「3D 經典」系列，將對應3D功能、並包含一些額外功能。
本地服務
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隨著購買地區版本3DS不同，本地服務和任天堂電子商店提供的內容也有所差異，例如日本地區將預定有由富士電視台和其他電視公司推出的3D電視節目放送服務，該服務於2012年6月21日起結束[6]。北美地區將預定推出3D電影的服務等。美國任天堂已宣佈會提供Netflix租賃電影服務，而Hulu Plus的服務也在準備中[76]。另外任天堂已和華納兄弟、迪士尼和夢工場（DreamWorks）合作，並於未來用戶將可租看3D電影[77]。
任天堂本身還提供了一個由任天堂提供的影片服務「任天堂視訊（Nintendo Video）」，在不同地區版本的3DS可以接受該地區限期提供的影片；任天堂也曾於該服務內，推出限期的《新‧光神話 帕爾提娜之鏡》動畫，包含由PRODUCTION I.G製作，描述主角彼特的「飛空的木馬（全三話）」、STUDIO4℃製作，描述梅杜莎女神的「梅杜莎的逆襲（全一話）」和SHAFT製作，描述帕爾提娜女神的「追逐（全二話）」[78]。
2010年E3上展示的《目標射擊》（Target Shooting）擴增實境遊戲
活動日誌
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活動日誌（英文：Activity Log、日文：思い出きろく帳）功能會追蹤並記錄曾遊玩過的遊戲和遊玩的時間，還包括實體的動作，記錄攜帶3DS時所走的每一步等。此外，每日所走的步數將可以換取「遊戲金幣」，一日10枚為限，總共上限為300枚，金幣可用在支援的遊戲中來購買特殊內容以及其他的功能[79][80]。
擴增實境
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主機內內建一款擴增實境遊戲，可以透過包裝內附送的六張AR卡來進行遊戲和拍照，該遊戲裡面包含了一個射擊小遊戲、釣魚小遊戲、AR塗鴉繪畫、角色拍照等等，玩家可利用遊戲金幣購買更多小遊戲和隱藏要素。此外，在有支援擴增實境的遊戲中，也可以利用AR卡進行遊玩，例如：《任天狗＋貓》中利用AR卡來進行比賽或拍照。在某些遊戲中，可能會包含其他AR卡或其他AR遊戲功能等等。
任天堂3DS專用軟體卡匣和任天堂DS專用軟體卡匣。
好友清單
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每一部3DS都會有一組獨一無二的「Friend Code」（好友代碼），可用於玩家之間的交流，並彼此加入到好友清單。只有创建了自己的Mii形象后才可联网分配朋友代码。玩家可以上線來觀察好友的動態、資訊、或者是正在玩和喜歡的遊戲。在部分的遊戲中，可以透過無線網路和好友同樂。當有好友上線時，指示燈會變成橙色來提醒玩家。在某些限定的遊戲連線功能，可以透過好友清單直接加入好友的遊戲中，例如：《马力欧卡丁车7》允许玩家加入好友的房間，觀戰对局的狀態，或加入下一场比赛。
向下相容
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除了專用軟體外，3DS也向下支援任天堂DS的大部分軟體（包含DSi軟體），但不包含GBA軟體和一些需要GBA插入口外部的周邊（例如DS震動卡）。初期發售時，3DS遊戲卡匣儲存容量最大可達2GB，目前則已經開始提供8GB容量卡匣。其外型和DS遊戲卡匣相似，但為了防止3DS的卡匣插入任天堂DS主機中，在3DS遊戲卡匣的右側有著小突起部分[81]。