Si el chip de 3.3V es "tolerante a 5V" para las entradas específicas que está utilizando, puede estar bien. Si no dice que lo es, probablemente no lo sea. Otra sugerencia es la especificación máxima de voltaje de entrada. Si Vdd es 3.3V y el voltaje de entrada máximo absoluto para la entrada en cuestión es Vdd + 0.3V, entonces 5V sería un problema.
Yendo hacia el otro lado (salida de 3.3V a entrada en un chip de 5V), el nivel '1' puede no ser lo suficientemente alto como para ser confiable.
También puede haber problemas con la secuenciación del suministro: una entrada de 3.3V aplicada a un chip de 5V puede estar dentro de la tolerancia para un '1' lógico, pero si el suministro de 3.3V aparece antes (o continúa después) del suministro de 5V entonces podría producirse una condición potencialmente dañina cuando una gran cantidad de flujos de corriente en la red de protección ESD. En el peor de los casos, el suministro de 5V luego sube y el chip se bloquea, causando que el chip de 5V se destruya.
La mayoría de estos problemas se pueden evitar utilizando un chip convertidor de voltaje con dos voltajes de suministro diferentes, aunque hay soluciones potencialmente más baratas que funcionan bien en algunos casos.