由于体素单元足够小，可以认为每个体素具有单一的属性。这种模型可以用来表达非均质的组织。体素^[注]又称体元或立体像素，是体积像素的简称。体素是数字资料在三维空间分割上的最小单位。在人体的真三维空间结构中，用以进行空间信息的数据记录、处理、表示等所采用的最小体积单元。如同像素，体素本身并不含有空间中位置的数据（即坐标），然而却可以从它们相对于其他体素的位置来计算，即它们在构成体积影像的数据结构中的位置。

在三维体素填充模型中，使用最多的是等边长的正方体体元。它是二维中的栅格模型在三维中的推广，称为三维栅格模型。这种模型的优势是数据结构和算法简单，对体内的不均一性具有很好的表达能力，易于实现模型中数据的叠加分析、缓冲区分析。运用三维栅格模型原理，将研究对象（如器官）划分成若干个体素，空间位置以x轴、y轴和z轴表示，在x轴上分割成m个单元，在y轴上分割成n个单元，在z轴上分割成k个单元。研究对象可用m×n×k个体素来表示，这些体素按照自身的空间位置组合即构成研究对象的三维形态。空间上每一个体素均具有某一类属性值（如密度、磁性、化学成分含量等），并以数值型数据来表示。构建体素模型的基本步骤是体素化^[注]，即将物体的几何表示形式转换成最接近该人体组织的体素表示形式，产生体数据集，其不仅包含模型的表面信息，而且能描述模型的内部属性。表示模型的空间体素与表示图像的二维像素比较相似，只是从二维的点扩展到三维的立方体单元。

体素模型的优点：①容易用体素化算法将复杂几何模型离散，得到可进行组织属性参数赋值的单元节点。②模型的体素单元分层存储，后续的分层切片工作将变得非常容易。③每一个体素单元相互独立，可单独对单一体素单元进行操作。④用体素表示模型，很容易计算模型的其他物理特性。⑤可提供良好的体数据集。⑥可以用许多成熟的插值算法，估算非体素单元节点处的各组织特性。体素模型应用于医学影像、流体力学、碰撞检测以及机械零件造型和制造等领域。