三维球形补偿器由两个球形结构元件和一个套筒结构元件所组成。球形结构元件作径向挠曲的角向位移，套筒结构元件作轴向的线位移。
本球形结构元件和套筒结构元件均可以安装。安装时，球形结构元件能解决管道弯曲补偿，套筒结构元件能解决管道轴向伸缩补偿。
当两个球形结构元件和一个套筒结构元件组合时，形成能同时吸收三维膨胀量的肘节结构。
三维球形补偿器偏转角度大、轴向位移大、能很好的吸收锅炉较大的向下位移量。
三维球形补偿器选择时，如水平安装，主要吸收锅炉向下位移量，即三维球形补偿器角向位移量，此时应该选用角向补偿量大、轴向的位移量小的三维球形补偿器。反之，垂直安装，主要吸收的也是锅炉向下位移；即三维球形补偿轴向位移量，此时应选用角向补偿量小，轴向的位移大的三维球形补偿器。