三垂线定理及其逆定理是空间线面关系中线面垂直判定定理和性质定理的具体应用，是反映空间位置关系的定理中最重要的一对定理。它既是线面垂直关系的一个应用，又是研究面面垂直，空间距离、空间角、多面体与旋转体的性质的基础。领会定理实质的关键是要认识到平面内一条直线与斜线及其在平面内的射影确定的平面垂直；应用定理的关键是要找到平面的垂线，射影就可由垂足与斜足确定，问题便会迎刃而解。三垂线定理及其逆定理在立体几何解题中应用相当广泛，在历届高考中常考不衰。若对其应用技巧掌握得好，往往可以达到事半功倍的效果。事实上，仔细分析定理，我们可以发现，定理中的涉及五个关键量，如图1，
　　这五个关键量是：平面α，斜线PO，垂线PA，射影线OA，第四线L，我们称这五个量为定理的“五官”，应用时先观察“五官”，概括为：弄清平面，抓住斜线，确定垂线，连成射影线，查找第四线；然后再进行分析与证明。下面举例说明。
　　一、应用于证明直线与直线垂直
　　例1、如图2，△ABC中∠ABC=900，SA⊥平面ABC，点A在SB、SC上的射影分别为N、M，求证NM⊥SC。
　　分析：SA⊥平面ABC，因而可确定平面ABC，垂线PA，斜线SB，射影线AB，第四线为BC，由于∠ABC=900，即BC⊥AB，所以BC⊥SB，而BC⊥SA，由定理BC⊥平面SAB，又ANC平面SAB，因而BC⊥AN；
　　因为N是A在SB上的射影，所以AN⊥SB，故AN⊥平面SBC，则确定平面SBC，垂线AN，斜线AM，射影线NM，第四线SC，由于SC⊥AM，由逆定理，SC⊥NM。
　　二、应用于证明直线与平面垂直
　　例2、如图3，正方体ABCD-A1B1C1D1中，求证对角线A1C⊥平面C1BD
　　分析：连接AC1、BD，由已知正方体则AC⊥BD，因为AA1⊥平面ABCD，则确定平面ABCD，垂线AA1，斜线A1C，射影线AC，第四线BD，由定理则BD⊥A1C；
　　连接B1C，BC1⊥B1C，又A1B1⊥平面BB1C1C，则确定平面BB1C1C，垂线A1B1，斜线A1C，射影线B1C，第四线BC1，因而是BC1⊥A1C，由A1C⊥平面BDC1。
　　三、应用于求点到直线的距离
　　例3、如图4，已知△ABC中，∠BAC=900，PA⊥平面ABC，AC=4，AB=3，PA=1，求P点到直线BC的距离。