Inom sitt utbredningsområde är den adulta hanen av tretåig hackspett omisskännlig eftersom den utgör den enda svartvita hackspetten i sin storlek som helt saknar rött eller rosa i fjäderdräkten och som har gul hjässa. Den adulta fågeln är 21,5-24 centimeter lång och har ett vingspann på 32-35 cm. Den är svart på huvudet, vingarna och gumpen, och vit från halsen till magen. Sidorna är vita med svarta strimmor. Ryggen är vit med svarta ränder och stjärten är svart med vita ytterfjädrar med svarta strimmor. Hanen har gul hjässa.
Trots att fördelningen mellan svarta och vita fjädrar skiljer sig mycket mellan underarterna är alla tretåiga hackspettar ganska mörka. Kännetecknande är de mörka sidorna, den ljusa, gulaktiga skäggranden och det vita ögonbrynsstrecket. Ögonbrynsstrecket fortsätter i en V-form i nacken där det hos de ljusare tajgaunderarterna utmynnar i den vita till vitfläckiga ryggen. På vissa ostasiatiska, samt den europeiska underarten P. t. alpinus, slutar ögonbrynsstrecket på den svarta överryggen. Bukfjädrarna är hos de flesta underarterna svartvita, men hos vissa ostasiatiska underarter är de mörka, nästan helt utan teckning. Vingarnas täckare är svarta, utan vita skuldermärken. Handpennorna och de yttre stjärtfjädrarna uppvisar en svartvit randning. Hanens gula till orangegula hjässa är inte alltid tydlig. Hos den något mattare tecknade honan är hjässan svartgrå. Könen skiljer sig inte till storleken.
I sina rörelsemönster liknar tretåiga hackspetten i stor utsträckning större hackspett. Dock utmärker sig hos den tretåiga hackspetten det spiralformiga uppåthoppandet liksom nedåtrutschandet för stammen som särskilt lätt och lekfullt. Endast mycket sällan kan den iakttas nere på marken eller på liggande stammar. Där rör den sig framåt genom att hoppa.
Flykten är kraftigt bågformad. I fallfasen hålls vingarna tätt intill kroppen. Vid plötsliga vändningar kan man märka tydliga vingsus.
Den tretåiga hackspetten är en mindre ljudlig hackspett. Den hörs mer sällan och alla dess ljudyttringar (även trummandet) är tystare än hos exempelvis större hackspett. Det vanligaste lätet är ett som liknar större hackspettens men är mer dämpat, och låter ungefär gyg eller gygg, ibland också ett hårdare kyk. I skrattet, som är långsammare än hos större hackspett, följer flera element oftast i lätt fallande tonföljd på varandra. Arten har också en rad drillar och andra ljudyttringar.
Trummandet, som utövas av båda könen, skiljer sig ganska mycket från större hackspettens, men är mycket likt vitryggiga hackspettens. De enskilda trumvirvlarna är mycket långa (i medeltal ungefär 1,3 sekunder för 20 slag) och frekvensen av de sista 5 slagen är tydligt accelererad. Denna accelerering av frekvensen tillsammans med trumvirvelns väsentligt kortare varaktighet gör att man lätt kan skilja den från vitryggiga hackspetten. Hackspettar som bildar par meddelar sig med varandra med långsamma trumvirvlar.
Tretåig hackspett har cirkumpolär utbredning i tajgan i hela Holarktis. Den häckar i hela det nordliga barrskogsbältet från nordöstra Polen, Baltikum och mellersta Skandinavien österut till Kamtjatka, Sachalin och Hokkaido. Isolerade från det stora sammanhängande utbredningsområdet finns bestånd kvar i Tibet och västra Kina, särskilt i Tian Shan, liksom i vissa bergsområden i Europa.
De mellaneuropeiska och sydosteuropeiska utbredningsområdena, som anses som kvarlevor från istiden, omfattar subalpina till alpina lägen i Alperna, Karpaterna, Dinariska alperna och Rodopibergen. Det förmodas att häckning fortfarande förekommer även i vissa bergsområden i Grekland.
I övergångsområden mellan de olika underarterna finns blandformer. Sammantaget är indelningen i underarter av tretåiga hackspetten inte helt enkel, då en underart även i utbredningens kärnområden kan uppvisa betydande individuella skillnader.
Olika taxonomer erkänner olika många underarter. Uppräkningen nedan följer Clements 2008.
- Underarter i nordliga Palearktis: Mestadels mycket kraftig näbb, vit undre rygg (nästan) utan fläckar, relativt kontrastfattiga och ljusare sidteckning. Underarterna blir ljusare från väster till öster, albidor uppvisar en vit buk nästan utan teckning.
- P. t. tridactylus inkl. sakhalinensis (Buturlin, 1907) - nominatformen förekommer från Skandinavien till norra Mongoliet, Manchuriet och Sakhalin.
- P. t. crissoleucus (Reichenbach, 1854) - förekommer på den nordliga tajgan från Uralbergen och österut till Ochotska havet.
- P. t. albidor (Stejneger, 1888) - isolerade bestånd förekommer på södra Kamtjatka och vissa närliggande öar; möjligtvis koloniserar denna underart även de nordligaste japanska öarna.
- Sydost respektive sydpalearktiska underarter, samt P.t.alpinus: Dessa fåglar är något mindre än de boreala underarterna och tillsammans mörkare. Fördelning svart-vitt varierar.
- P. t. alpinus (C. L. Brehm, 1831) inkl tienschanicus (Buturlin, 1907), kurodai (Yamashina, 1930) & inouyei (Yamashina, 1943) - förekommer i bergstrakter i Europa, nordöstra Korea och i Hokkaido i norra Japan. Trots det stora utbredningsavståndet uppvisar dessa taxa endast små färgningsskillnader - se beskrivning vidare ovan.
- P. t. funebris (J. Verreaux, 1871) - förekommer från sydvästra Kina till Tibet. Denna till storleken lilla underart uppvisar endast sparsamma vita teckningar. De övriga sydostasiatiska underarterna är också mindre och mörkare än de boreala, men inte så extremt mörkfärgade som funebris.
- Amerikansk tretåig hackspett (Picoides dorsalis) med sina undertaxa behandlades tidigare som nearktiska underarter till tretåig hackspett. Undersökningar har dock visat på en förhållandevis stor genetisk divergens mellan nearktiska och holarktiska tretåiga hackspettar, vilket resulterat i att de amerikanska taxonen behandlas som en egen art, exempelvis av American Ornithologists' Union, IUCN, SOF och Clements 2008. Dessa taxa är något mindre än nominatformen av tretåig hackspett, respektive den stora boreala underarten crissoleucus. De amerikanska tretåiga hackspettarna är mycket ljusa taxa och skiljer sig från varandra framförallt genom olika fördelning av fjäderdräktens svarta och vita partier.
- Picoides dorsalis bacatus (Klippiga bergen)
- Picoides dorsalis dorsalis (Nordvästra Nordamerika)
- Picoides dorsalis fasciatus (Östra Nordamerika)
Underarten alpinus är en sällsynt och endast ofullständigt utbredd häckfågel i mellaneuropeiska barrskogar på submontana och montana (till subalpina) nivåer. Tyngdpunkter för utbredningen ligger i Österrike i Steiermark (framförallt i Niedere Tauern liksom Hochschwabsområdet) och i Vorarlberg, särskilt i Bregenzerwald och i Montafon. De tyska häckningsområdena är koncentrerade i Schwarzwald, i württembergska och bayerska Allgäu, i nationalparken Berchtesgaden och i nationalparken Bayerischer Wald. Även i Schweiz är arten endast en lokal häckfågel, vars förekomst och gynnsamma lägen är begränsade inom Alpernas huvudkedja. Sedan 1990-talet är häckningsbestånd kända också i Jurabergen i Schweiz, vilkas stabilitet dock inte ännu kan utläsas.
Goda och stabila populationer finns vidare i Tjeckien och Slovakien. I dessa utbredningsområden kan de tretåiga hackspettar som häckar norr om Höga Tatra liksom norr om Beskiderna mestadels räknas till nominatformen.
Arten uppträder också regelbundet i Slovenien och i nordligaste Italien, även om den häckar i mindre antal. Också i de höga lägena i norra och särskilt nordöstra Ungern räknas P.t.alpinus mycket sporadiskt till häckfågelfaunan.
Vertikalt är förekomsten i hela det mellaneuropeiska beskrivningsområdet begränsad till höjdlägen mellan 700 och 2000 meter, vartill de lägst belägna häckningsplatserna i södra Schwarzwald och i västra Niederösterreich ligger ungefär 600 meter över havet. De högst belägna bevisen för häckning har hittats i de södra Kalkalperna nära 2000 meter över havet.
I Sverige häckar den främst i mellersta och norra Sverige, och är numera ovanlig söder om den biologiska Norrlandsgränsen. Vid mitten av 1990-talet beräknades den svenska populationen till mellan 5 500 och 7 500 par, vilket är cirka 10 % av det europeiska beståndet på knappt 60 000 par. Den svenska populationen har minskat under en mycket lång tid och största orsaken är de allt mindre arealerna med obrukad skog och minskningen av död ved.
De flesta tretåiga hackspettar är stannfåglar, som stannar i häckningsområdet även vid kallt väder. Vissa bestånd (framför allt i Öst- och Centralasien) verkar vara partiella flyttfåglar eller delflyttare. Detta kan också förekomma hos de nearktiska underarterna, åtminstone töms de nordligaste häckningsplatserna under vintermånaderna. Ibland förekommer eruptiva vandringar av hela populationer, som kan få invasionskaraktär.
Tretåiga hackspetten är mycket starkt bunden till gran, men häckar också, om än inte lika tätt, i tallskogstajgan eller i lärk- och cembratallskogar. I den nordliga tajgan förekommer den också i rena björkskogar.
P.t.alpinus häckar nästan uteslutande i rena granskogar, endast tillfälligtvis förekommer den också i gamla bestånd av vanlig tall (Pinus silvestris) och makedonisk tall (Pinus peuce). Skogar med litet inslag av skogsbruk och en stor andel döda eller skadade träd bildar ideala biotoper. I låglandsområden föredrar den entydigt fuktiga, sumpiga skogsområden framför torra, och i subalpina lägen i Mellan- och Sydeuropa är det framförallt autoktona granskogar som är dess ideala biotoper.
Tretåiga hackspetten är en utpräglad hack- och klätterspett. Aktivitetsperioderna börjar när solen går upp och slutar när den går ner, men utpräglat dåligt väder kan förkorta perioden något.
Vilo- och putsningstunder under tagen (mestadels vid middagstid) tillbringar hackspetten hängande på en stam. På natten sover den oftast i ett hackspettshål. När den förhåller sig fientligt och aggressivt påminner arten likaså mycket om större hackspetten, men den verkar vara något fridsammare. Tretåiga hackspettar är förhållandevis inte särskilt skygga. Ofta låter de människor komma fram till 5 meters avstånd innan de flyger iväg. Mestadels förflyttar de sig då omärkligt, utan att ge ifrån sig läten.
Tretåiga hackspettar, som inte lämnar sitt häckningsrevir under vintermånaderna, visar ett territoriellt förhållningssätt även utanför häckningstiden. Dessutom delar hanar och honor ofta det nedärvda häckningsreviret, och det märks att aggression mellan makarna är tydligt begränsad. Oftast blir dock honan bortträngd om området inte är tillräckligt optimalt.
Tretåig hackspett blir könsmogen efter ett år och är monogam under häckningssäsongen. Parbildningen verkar vara rätt stark även utanför häckningsperioden, oberoende av tillgänglighet på alternativpartner. Parbildningar som varar över flera år har iakttagits. I sådana fall finns det en lösare sammanhållning även under vintermånaderna. Leken och revirgrundandet kan börja redan på midvintern och sluta mellan början av april och slutet av maj. Frånsett en lång och ihållande trumning märks inte den tretåiga hackspetten speciellt mycket ens under denna tid.
Tretåiga hackspettar anlägger nya häckningshål varje år. De urgröps av hanen ensam i döda eller döende barrträd, mest granar. Endast undantagsvis används häckningshål från tidigare år eller från andra hackspettar.
Äggen är tre till fem till antalet och helvita och spetsovala. De läggs på hålets botten, som blivit något uppmjukat enbart med hackspån, och ruvas under regelbunden avlösning under ungefär 12 dagar. Ungarna matas och vårdas av båda föräldrarna under upp till 25 dagar innan de lämnar häckningshålet. Efter detta kommer en påfallande lång period då ungarna fortfarande regelbundet, men senare endast mer sporadiskt, matas av föräldrarna.
Oftast sker endast en häckning per år. Endast i undantagsfall tillkommer en ersättningshäckning.
Ungfåglarna blir flygga sent, stannar mycket lång tid hos föräldrarna och har en uppenbart stark familjesammanhållning. De utflugna ungfåglarna finner man ofta i den närmaste omgivningen, men ungfåglar som ringmärkts i boet har återfunnits även inom en relativt vid omkrets från häckningsplatsen.
Den tretåiga hackspetten livnär sig framför allt av insekter, som den fångar genom att hacka eller peta i barken på mestadels döda eller åtminstone starkt skadade träd. Larver, puppor och omogna barkborrar, vivlar, praktbaggar, träbockar, liksom trästeklar och träfjärilar spelar den största rollen i artens näringsspektrum.
Tretåiga hackspetten äter endast i ringa omfattning vegetabilisk föda. Möjligtvis förtärs vid brist på föda, eller som komplement, regelmässigt granfrön.
Ett viktigt inslag i tretåiga hackspettens födosök är emellertid, liksom för andra brokspettar, att den ”ringar” granar, det vill säga hackar små hål i stammen och suger ut sav. Sannolikt används trädens sav (och kåda) även till ungarna.
Sammantaget är artens bestånd inte i fara. Om vissa underarter (särskilt de sydostasiatiska) finns visserligen inga exakta angivelser tillgängliga. Arten kan temporärt tjäna på stormar och ökade mängder barkborrar och utvidga sin häckningsareal.
De europeiska bestånden måste bedömas mycket olika. Populationstätheten hos nominatformen i Skandinavien har konstant minskat sedan 1970-talet, men inga arealförluster har hittills uppträtt. De huvudsakliga orsakerna är intensifieringen av skogsbruket och anläggning av trakthyggesbruk. I de övriga nordösteuropeiska staterna tycks populationerna vara stabila, och från Estland rapporteras till och med en ökning. Från huvudutbredningsområdena i Sibirien föreligger varken beståndsuppskattningar eller populationsstal.
Underarten alpinus har uppenbart kunnat utvidga sitt häckningsområde under de senaste åren. En del av förklaringen till denna dokumenterade återkolonisering av sedan länge övergivna häckningsområden, kan dock vara noggrannare efterforskningar i de olika kartläggningskampanjerna.
För hela Europa värderas bestånden (särskilt på grund av nominatformens tillbakagång) till D (=declining/avtagande). I Tyskland, Schweiz, Polen och Tjeckien är arten rödlistad. I Sverige kategoriseras arten i 2010 års rödlista som nära hotad. Tidigare var arten klassad som sårbar (VU).