土は単体では引張力を持たず、粒子の噛み合わせや粒子間の電気化学的な結合によってせん断抵抗を発揮します。地中に存在する土要素は、上載荷重だけでなく全方向から土圧（拘束圧）を受けており、この拘束圧の大きさによって発揮できる強度が劇的に変化します。この地中応力状態を円筒形の供試体を用いて実験室で忠実にシミュレートするのが三軸圧縮試験の原理です。
試験では、ゴムスリーブで被覆した円筒供試体を圧力セル内に設置し、水圧によって全方向から一定の側圧（拘束圧 $\sigma_3$）を載荷します。その後、供試体上部からピストンを通じて鉛直方向に荷重を加え、側圧との差分である軸差応力（主応力差 $\sigma_1 - \sigma_3$）を徐々に増加させて供試体をせん断破壊に至らせます。
国内の土質試験はJIS規格（JIS A 1216など）や地盤工学会基準（JGS 0521〜0524）に厳格に規定されています。標準的な供試体寸法は直径35mm〜50mm、高さは直径の約2倍（70mm〜100mm）が採用され、粒径の大きな礫質土などを対象とする場合は直径100mm以上の大型三軸試験機が用いられます。側圧を段階的に変えて複数の供試体（通常3本以上）を試験することで、拘束圧の違いがせん断強度に与える影響を定量的に把握します。
