生物3D打印的主要过程是首先通过CT扫描、核磁共振成像（MRI）和3D超声成像对活体组织进行逐层分析和数据采集，创建3D打印解剖模型，然后将细胞和生物墨水混合逐层堆叠打印形成三维组织结构。
生物3D打印可以精确地将细胞，蛋白质，DNA，药物颗粒，生长因子和生物活性颗粒按照活体组织结构和分布形成新的组织或者器官。
它已应用于多个研究领域，包括组织工程和再生医学，器官移植，药物的高通量筛选以及癌症研究等。
组织工程和再生医学
生物功能化组织器官的3D打印是一项非常具有挑战的任务，因为它需要连接到动脉，静脉和毛细血管的血管网；并加入各种细胞类型以形成复杂的组织结构。
尽管有这些限制，但几种薄或中空的组织如血管和不需要血管系统的组织如软骨已成功地被制造出来。
3D打印血管
3D打印软骨
组织工程领域的另一个重要方向是心脏瓣膜的创建，因为它们不具有再生能力，一旦受损，需要被生物假体替代。
有研究表明轴对称的主动脉瓣可以通过生物3D打印制造出来。在肝，肺，胰腺，脑和皮肤组织中也进行了类似的研究。然而，需要进一步的研究来创建机械稳定和血管连接的三维组织。
3D打印心脏瓣膜
组织移植
神经、心脏、血管和皮肤等组织已经成功的通过生物3D打印制备出来并且进行了动物体内试验验证，但尚未在人体中进行使用。3D打印的陶瓷基、聚合物基和金属基的骨骼已经成功的进行人体试验，手术后并未观察到不良反应。
生物3D打印组织或器官的挑战就是复制器官的血管结构和代谢功能。这个问题的替代方案之一可能是通过生物3D打印直接将组织和器官在组织体缺损部位原位成型，而不是整个组织的构建。在组织移植前，需要进行成熟的体外测试。
3D打印颅骨
药物的高通量筛选
由于缺乏准确的药物筛选模型，新药研发一直是个高成本、低效率和高风险领域，国际上单个创新药物的开发成本普遍超过10亿美元，耗时10年左右。进行药物筛选最佳的方法是用人体，但这是法律道德不允许的。目前的药物筛选技术主要是高通量药物筛选和动物模型药物筛选。其中高通量药物筛选的相关率小于1%，动物模型药物筛选的无关率达58%，平均每100个动物试验结果好的药物只有不到10个可以走完临床试验，这使得新药的转化率极低。
然后通过生物3D打印构建组织病理模型，能准确反映化学和生物药物在人体内的药理活性，从而提高药物筛选成功率，将为创新药物开发带来革命性改变。
癌症研究
二维肿瘤模型的主要缺点是它们不代表相关的生理环境，缺乏与相邻细胞和底物的三维相互作用，如细胞-细胞或细胞-基质相互作用，空间-时间信号或代谢梯度等。因此，大多数体外有效的抗胶质瘤药物在临床试验中表现不佳。然后通过生物打印可以提供了一种方法来了解细胞在三维环境下的相互作用，以对癌症发病机制和转移进行临床相关的研究。
例如生物3D打印的乳腺癌模型的已经显示癌细胞被脂肪细胞，成纤维细胞和内皮细胞的基质环境所包围。这些组织在体外存活2周，并具有清晰的不同组织类型划分。该模型随后用于研究不同化疗药物包括他莫昔芬的治疗作用。
