鏡頭預演後，動畫師就開始進行真正的動畫製作。這個步驟要求動畫師了解二維動畫裏的動作規律，熟練掌握三維動畫裏關於流體、動力學方麵的技術。通過對模型添加骨骼及對肌肉的約束，利用骨骼的運動添加“關鍵幀”，使模型按照鏡頭要求活動起來。
隨著科技的發展，“動態捕捉”這一技術被廣泛地運用到了各類三維動畫中，在傳統的動畫師團隊中，有專門的動作表演師，還有一套嚴格的口形動畫標準。進入數字技術，大部分有經濟實力的公司或團隊會使用動態捕捉技術，將真人的表演動作轉換為數字信息，用三維軟件中的模型做出逼真的肢體動作和細微的麵部表情。動作捕捉技術通常用來捕捉人類的動作，而像《星球大戰前傳》係列中各種怪物的動作一般還是由動畫師用傳統的方法通過“關鍵幀”調整出來。
4.4.4 材質和燈光
通常而言，MAYA，3DS MAX一類的三維軟件中，材質是指物體自身的材料，如金屬、塑料、玻璃等。紋理就是材質表麵的圖案細節，如磨砂玻璃、生鏽的金屬等。紋理可以很好地豐富材質的表現感、立體感。
三維動畫中的材質及燈光是極為重要的因素，就像二維動畫中的上色，要考慮不同環境中多樣的影響因素。
不同的動畫種類，對材質的要求也不一樣，如《最終幻想7-聖子降臨》這種純三維動畫，風格寫實，所以對材質的表現也要求寫實：老朽的木門、生鏽的建築物等。如《料理鼠王》這類卡通風格的動畫片，由於主要是麵向低年齡段的觀眾，對於材質的紋理要求就不那麼複雜，更多的是要求表現材質的鮮亮感。
在三維動畫製作團隊中也有專門的材質師，主要服務於“電影特效動畫”，因為這類動畫與電影結合，主人公在藍色或綠色背景前演繹劇情，而動畫恰恰是做這些不存在的場景（包括虛構的各種生物）。這就要求材質必須真實而富有創意。如《指環王》小說中對“咕嚕”的描寫是：“皮膚粗糙”，但對於“粗糙”這一形容的設定就需要材質師做大量的工作，他們收集各種各樣的材質圖片，利用Photoshop等圖形處理軟件將其進行加工整合，最後以精湛的技術和大膽的想象相結合，創作出了“咕嚕”生動而獨特的外形質感。
燈光與材質是密不可分的，它直接影響場景的氣氛和材質的視覺效果。在現實生活中，不同的時間段、不同的天氣所營造出來的光效是不一樣的。這涉及到光的物理傳遞、光與物體顏色侵蝕的問題。
在一些故事板繪製過程中，有的光源與效果已經被作者畫出來了，但是要在三維軟件中實現並不那麼容易，在MAYA和3DS MAX中的光源，僅僅隻是模擬現實中的光而已，也就是說，並不是把燈打開就完成了，在現實世界中，光照到物體表麵都會產生“漫反射”和“反射”，而MAYA和3DS MAX中的參數必須經過調整，否則很難達到電影級別的效果。
4.4.5 動畫渲染
在動畫跟材質都製作完成後，形成的文件還是製作文件，需要通過渲染得到成品圖或視頻文件。動畫片場景中的所有元件都必須分層渲染，即把人物、動物等活動的元件放在一起渲染，靜止的場景放到一起渲染，自然環境中的動態場景（如風吹草動）等放在一起渲染，然後通過後期合成使其成為完整的一段動畫。
由於整個動畫場景中充滿了骨骼、動畫、材質、燈光，為了保證最終的渲染效果，必須對所要渲染的元件進行詳細精確的分層，這就需要後期合成跟渲染部門寫出一套完整的分層方案，以方便將來進行合成時根據需要進行調整。
一般情況下，隻需要將運動的人物與背景分開，因為背景大多數情況下是不運動的，如果與人物一起渲染，會造成極大的浪費（一個複雜的場景往往能占用1～2G的硬盤空間），所以可能會將更精細的地方如毛發、衣服、火焰等進行更進一步的分層渲染，最多可能分成三十多個渲染層。
4.4.6 後期特效
後期主要是將之前分層渲染後的效果結合起來，統一動畫中場景在光線影響下的色調。而特效一般是指製作如水、火、煙塵等自然物象的視覺效果，也包括爆炸、沙化等特技。比較有難度的是模擬水和火。單純的MAYA一類軟件的粒子腳本係統，很難達到電影中的特技效果，所以大部分的公司跟工作室，會向軟件公司購買專門製作編程的插件，例如《後天》中海嘯衝入都市的海水，就是利用一款MAYA的海水插件製作的。從事動畫行業的專門人員一旦進入電影公司或工作室，就會接觸到這些插件或專有軟件，而這些軟件插件多數都有保護，基本不可能流通到市麵上，即使獲得了這類插件，小規模的團隊也很難駕馭這麼龐大的鏡頭運算。
後期中最重要的是剪輯，通過專業的視頻編輯軟件對所有的鏡頭進行編輯，當然如果在前期製作的時候已經比較完善，這一步驟就會簡單很多。