Представлен новый метод визуализации и диагностики прозрачных градиентных неоднородностей – лазерная 3D-рефрактография. Данный метод основан на рефракции структурированного лазерного излучения (СЛИ) в прозрачной неоднородной среде, цифровой регистрации и компьютерной обработке двумерных (в прошедшем излучении) и трехмерных (в рассеянном излучении) рефракционных картин. Приведены результаты моделирования трехмерных рефракционных картин (3D-рефрактограмм) для типичных неоднородностей. Представлена схема установки для наблюдения 3D-рефрактограмм в рассеянном излучении. Изложена методика восстановления 3D-рефрактограмм по экспериментальным двумерным рефракционным картинам СЛИ.