Un autostéréogramme est un stéréogramme constitué d'une seule image qui donne l'illusion d'une scène en trois dimensions (3D) à partir d'une image en deux dimensions (2D). Afin de percevoir des formes en 3D grâce aux autostéréogrammes, le cerveau doit faire un effort oculaire de convergence et de mise au point dissocié de l'accommodation.
L'autostéréogramme le plus simple consiste en une série de motifs répétée horizontalement. Quand on le regarde avec la bonne convergence, on a l'impression que les motifs flottent au-dessus ou en-dessous de l'image de base. Dans le livre Magic Eye, on peut trouver une autre sorte d'autostéréogramme composé d'une multitude de petits points. L'animation en haut à droite par exemple en est un. Chaque pixel de l'image est calculé par un ordinateur. Dans tous les cas, avec la bonne convergence des yeux on doit voir apparaître une forme en 3D.
À la différence des stéréogrammes classiques, les autostéréogrammes peuvent être vus sans stéréoscope. Un stéréoscope présente deux images en 2D d'un objet prises sous un angle légèrement différent, afin que le cerveau ait une vue 3D de cet objet. Dans le cas de l'autostéréogramme, le cerveau reçoit deux motifs en 2D dans chaque œil, mais n'arrive pas à les faire coïncider correctement. Il assemble les motifs en un objet virtuel à cause des mauvais angles de parallaxe, et l'objet virtuel n'est par conséquent pas sur le même plan que l'image de l'autostéréogramme.
Il y a deux manières de visionner un autostéréogramme: en gardant les yeux relativement parallèles, ou en les faisant converger. La plupart des autostéréogrammes sont conçus pour être vus selon la première façon.
En 1838, le scientifique Britannique Charles Wheatstone a publié une explication du phénomène de stéréoscopie (ou vision binoculaire). Il a illustré son explication en montrant une image qui présentait des différences d'alignement horizontal. On avait l'illusion d'une image en 3D si on regardait l'image à travers un stéréoscope qui utilisait des miroirs.
Entre 1849 et 1850, le scientifique Écossais David Brewster a amélioré le stéréoscope de Wheatstone en remplaçant les miroirs par des lentilles.
Brewster a aussi découvert l'effet "papier peint". Il a remarqué que si on fixe un papier peint pendant un certain temps, le cerveau a tendance à regrouper certains motifs entre eux pour former des objets virtuels. C'est d'ailleurs sur ce principe que se basent certains autostéréogrammes.
C'est en 1959 que Béla Julesz a inventé le stéréogramme "point par point" alors qu'il travaillait aux laboratoires de Bell. Julesz utilisait un ordinateur qui calculait une paire d'images constituées d'une multitude de petits points.
En 1979, Christopher Tyler, un élève de Julesz, présenta un autostéréogramme "point par point", en combinant les théories de l'image "papier peint" et de l'image "point par point". Ce type de stéréogramme permettait de voir des formes 3D à partir d'une seule image 2D sans utiliser d'instrument optique.