全息图记录的是光通过二维区域的信息，而不是聚焦在二维区域的光（如照片）。全息图的工作原理与照片相同，两者都涉及将图像捕获到2D图像板或胶片上。2D版含有数百万均匀分布的卤化银晶体，这些晶体可以被光激活，使它们变黑。这些晶体有一种二元状态——透明或黑色——它们变黑的概率根据击中它们的光的数量和强度（光子总数）而增加。
照片和全息图的区别如下：
照片捕捉的是光线离开场景并朝向聚焦镜头中心的一个假想点的二维图像。成像板位于镜头的另一侧，因此照射到板上的光线按照与场景相同的2D排列进行组织。这样做的好处是，读出一张照片可以通过看它来完成，或者更典型的是，通过颠倒光度把一个负号变成一个正号，然后再看它。
与此相反，全息图捕捉的是穿过成像板到达观察者的光的图像。（在摄影过程中，光线实际上并没有穿过，但这是一个细节。）全息图在聚焦之前捕获光，因此包含了关于光的多个角度的信息。捕捉这些信息的方法涉及到使用激光的光波干涉模式的魔力。光波干涉图样是由卤化银晶体记录下来的。
全息图的问题是，如果直接观察，成像板上的干涉图案看起来是随机和无意义的。图像必须通过使用最初用于创建图像的同一类型的激光来解码。解码工作的方式是激光穿过2D胶片，使摄影过程中击中胶片的光波图案被重建。电影另一边的观众可以看到场景，就好像场景还在那里一样。
全息板本质上就像一扇玻璃窗，可以捕获并再生在某一时刻穿过的光线。在看全息图的时候转动你的头，就像在一扇窗户前对着一个场景做这件事;只是另一边的场景已经不复存在了。因为全息图可以从不同的角度重建2D场景，所以全息图在观看时看起来是3D的。人类的立体视觉在每只眼睛里看到两个不同的视角，使图像看起来有深度。
全息图（通常）不能是彩色的，因为必须使用单色（单频）激光来重建它们。信用卡上的全息图被称为彩虹全息图，它使用了一种技巧，可以在没有激光的情况下，也就是在白光下可见。这个技巧的一个副作用是，只有当全息图被垂直观看时，3D深度才可见。如果你把信用卡旋转90度，3D全息图效应就消失了。
