土質材料や粉粒体の強度や変形性のような圧縮特性を求めるために行われる試験であり，円柱状の供試体の側方から周圧を，上下方向から軸圧を載荷することにより，軸対称の圧力条件を付加する試験方法である。試験の手順は，三軸セルと呼ばれる容器内に試料と水などの媒液をセットし，まず液圧を載荷することにより，等方圧縮状態とする。その後，円柱軸方向に圧縮する。得られる情報は，軸方向の応力—ひずみ関係であり，いくつかの試験を行い，モールの応力円をプロットすることにより，内部摩擦角，粘着力などの強度定数が得られる。三軸圧縮試験は，試験時の排水条件により，非圧密非排水（UU），圧密非排水（CU），圧密排水（CD）の三種類に大別され，試験される材料の透水性などにより使い分けられる。低圧の三軸実験装置ではアクリルなどの透明な三軸セルを用い，試料の変化をみながら実験を行うことが多いが，高圧試験装置（100 MPa 以上のものもある）では鋼製の三軸セルが用いられる。