其首先是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束（图A）；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的相位和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。
记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光全息术栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。
全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。
这项技术从发明开始就一直应用于电子显微技术中，在这个领域中被称为电子全息投影技术，但由于光波的相干性与大强度光源等问题的限制，全息投影技术一直到1960年激光的发明才取得了实质性的进展。
实际记录了三维物体的光学全息投影照片是在1962年由苏联科学家尤里·丹尼苏克拍摄的。与此同时，美国密歇根大学雷达实验室的工作人员艾米特·利思和尤里斯·乌帕特尼克斯也发明了同样的技术。尼古拉斯·菲利普斯改进了光化学加工技术，以生产高质量的全息投影图片。
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