熱溶解積層法（Fused Deposition Modeling）（以下FDM法）は一番普及している工法です。熱可塑性樹脂（熱で溶けて冷えれば固まる樹脂）を線材にして巻いたフィラメントという線状の材料を使います。

3フィラメントを高温になる細いノズルから押し出しながら、半液状になった材料をコンピュータ制御された経路に従って押し出しながら配列していきます。重力によって落ちてしまう造形困難な角度の場所は足場になるサポート材を配置して造形を完成させます。
１段目にフィラメントを配置し終えたら、２段目のフィラメントを配置、３段目を配置のような手順で下から上に１段１段材料を積んでいきます。3Dプリンターの造形作業が終わったら、出力品をプリンターからはがして、不要なサポート材を取り外します。機種によっては複数の材料が出力できる、マルチヘッドの機種があり、水で溶ける材料をサポート材として設定できるものもあります。
2009年一部の特許期限が切れたため、装置メーカーの新規参入・装置の低価格化が起こり3Dプリンターブームの火付け役となりました。

FDM方式であつかう材料は熱可塑性樹脂が基本となります。プラスチック材料で180～300°程度の加熱で溶ける材料です。
おおよそのシェア順に材料を紹介します。

プラスチックに別の素材を配合させた材料もあります。

FDM方式のメリットは安価で後処理が手軽で材料の種類が豊富なことです。
現状のデメリットは他の工法に比べて造形時間が長い点です。
黎明期の工法なので外れ機種があるので初期購入の際には少し高くてもメジャーな（レビューの多い）機種をお勧めします。
材料が豊富なため使いこなすには、形状や気温、湿度の影響での試行錯誤が必要です。