Nel 2001 Nvidia presentò la GeForce 3, nome in codice NV20. Questa scheda, la prima compatibile con le DirectX 8, supportava i pixel shader programmabili. Costituita da 57 milioni di transistor prodotti a 150 nm, la GPU operava a frequenze leggermente conservative e per questo la GeForce 2 Ultra si rivelò più veloce in diversi casi (almeno per il tempo in cui fu presentata).
Fu anche creata per accelerare il Full Scene Anti-Aliasing (FSAA) tramite uno speciale algoritmo chiamato Quincunx. La sua architettura complessa impedì a Nvidia di realizzarne una soluzione entry level.
Arrivarono sul mercato due versioni della GeForce 3: la Ti 200 e la Ti 500. La prima aveva frequenze di 175/200 MHz (GPU/memoria), mentre la seconda di 240/250 MHz.