Các tín hiệu thị giác hai mắt là những tín hiệu về độ sâu phụ thuộc vào việc sử dụng cả hai mắt. Vì hai mắt được đặt cách nhau theo chiều ngang, mỗi mắt nhận được một góc nhìn hơi khác nhau về thế giới; hệ thống thị giác khai thác sự khác biệt đó để xác định độ sâu.

Tín hiệu thị giác hai mắt chính là sự chênh lệch hình ảnh trên võng mạc. Các vật thể ở gần tạo ra sự khác biệt lớn hơn giữa hai hình ảnh trên võng mạc so với các vật thể ở xa. Các tế bào thần kinh nhạy cảm với sự chênh lệch hình ảnh trong não sẽ tính toán độ sâu dựa trên sự khác biệt đó. Sự hội tụ – sự hướng mắt vào trong khi tập trung vào một vật thể ở gần – cung cấp một tín hiệu thứ cấp, đặc biệt là ở cự ly gần. Cả hai tín hiệu này cùng nhau hỗ trợ việc đánh giá độ sâu chính xác trong phạm vi vài mét.

Các tín hiệu thị giác hai mắt không phải là nguồn thông tin duy nhất về độ sâu. Các tín hiệu thị giác một mắt như kích thước tương đối, sự che khuất và thị sai chuyển động chỉ hoạt động với một mắt và chiếm ưu thế ở khoảng cách xa hơn. Tuy nhiên, khả năng nhìn lập thể tinh tế cho phép chúng ta xâu kim hoặc bắt bóng lại phụ thuộc rất nhiều vào sự khác biệt thị sai hai mắt. Những người thiếu khả năng nhìn lập thể từ thời thơ ấu thường phát triển sự phụ thuộc bù trừ vào các tín hiệu thị giác một mắt và có thể không nhận thấy sự thiếu hụt này cho đến khi được kiểm tra.

Phim 3D và màn hình thực tế ảo hoạt động bằng cách trình chiếu cho mỗi mắt một hình ảnh hơi khác nhau, tái tạo một cách nhân tạo tín hiệu thị giác hai mắt tự nhiên.