真实世界和虚拟对象叠加在一起，部分真实环境由虚拟环境取代，可减少构成复杂真实环境的开销。增强式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的同时，将虚拟图像叠加在真实物理对象之上，为用户提供与所看到的真实环境有关的、存储在计算机中的信息，从而增强用户对真实环境的感受，因此又被称为叠加式或补充现实式虚拟现实系统。
增强式虚拟现实系统可以使用光学技术或视频技术实现。光学技术使用的是光学融合镜片，此镜片具有部分透光性和部分反射性，既允许真实世界的部分光线透过该镜片，又能将来自图形显示器的光线反射到用户的眼睛，由此实现了真实世界与虚拟世界的叠加。视频技术则通过摄像机对真实世界进行图像采样，在图形处理器中将其叠加在虚拟图像上，然后再送回显示器。在这种情况下，用户看到的并不是当时的真实环境。
增强式虚拟现实系统主要具有以下特点：真实世界和虚拟世界同时存在；真实世界和虚拟世界是在三维空间中整合的。常见的增强式虚拟现实系统有基于台式图形显示器、单眼显示器（一只眼镜看到显示屏上的虚拟世界，另一只眼镜看到的是真实世界）、光学透视式头盔显示器、视频透视式头盔显示器的系统。
目前，增强式虚拟现实系统常用于医学可视化、军用飞机导航、设备维护与修理、娱乐、文物古迹复原、辅助产品设计等领域。增强式虚拟现实系统依赖于虚拟现实的位置跟踪技术，因为计算机需要随时知道用户的手与所操作物体之间的相对位置。只有将显示器中的图像与现实中的物体仔细调校，达到较为精确的重叠时，该类系统才会发挥作用。
