Der Pulfrich-Effekt entsteht folgendermassen:

Die beiden unbewaffneten Augen fokussieren zunächst die im Gegenuhrzeigersinn auf einer Ellipse sich bewegende Kreisscheibe und lokalisieren diese beim Stereosehen in der Bildschirmebene. Nun verdunkelt der Betrachter die Sicht seines linken Auges, beispielsweise mit einem Stück Sonnenbrille. Die Verringerung des Lichteinfalls bewirkt eine Zeitverzögerung der Wahrnehmung. Das linke Auge sendet dadurch ein etwas älteres Bild ans Gehirn als das rechte Auge, z.B. in der der roten Position.

Die Sehstrahlen schneiden sich nun hinter dem Bildschirm und der Betrachter nimmt das Stereobild in diesem weiter entfernten Schnittpunkt wahr. Etwas später, wenn die Scheibe sich wieder nach links bewegt, liegt der Schnittpunkt des schwarzen und des roten Sehstrahls vor dem Bildschirm und die Kreisscheibe scheint eine kürzere Distanz zum Betrachter zu haben. Wenn sich die Kreisscheibe aber im Uhrzeigersinn dreht oder wenn der Betrachter den Filter vor sein rechtes Auge hält, erscheint die Scheibe auf dem unteren Bahnstück vorne und auf dem oberen hinten.

Wie kommt die Zeitverzögerung zustande?

Das Auge mit dem vorgesetzten Filter empfängt weniger Licht. Deshalb findet eine Dunkeladaption dieses Auges statt und die Erregungsvorgänge laufen zeitlich verzögert ab. Die physiologische Ursache für diese Zeitverzögerung ist wahrscheinlich darin zu suchen, dass einige Erregungsschwellen, welche die Information vom Auge zum Gehirn passieren muss, umso später überschritten werden, je schwächer ein Reiz ist. Auch werden die Rezeptoren der Retina zur Steigerung der Empfindlichkeit stärker vernetzt, was ebenfalls mit Zeitaufwand verbunden ist. Zusätzlich wird die Uebertragungszeit der Bildinformation zum visuellen Kortex vergrössert, weil geringere Lichtintensitäten dabei in niedrigere Uebertragungsraten umgesetzt werden. Statt eines Filters vor dem einen Auge, kann man die beiden Augen auch unterschiedlich adaptieren indem man vor dem Versuch mit nur einem Auge für eine Weile in eine helle Lichtquelle schaut. Das Pulfrich-Phänomen tritt bei einseitigen Erkrankungen des Sehnerves auch ohne die Verwendung von Filtern spontan auf und so kommt ihm eine klinische Bedeutung in Ophthalmologie und Neurologie zu.