透鏡產生聚焦效果的原因是，光在透鏡中的傳播比在周圍空氣中的傳播慢，因此光束進入透鏡的位置和從透鏡出射到空氣中的位置都會發生光束的折射，突然彎曲。

單個透鏡具有兩個精確規則的相對表面。兩個表面都是彎曲的，或者一個表面是彎曲的，另一個是平面。可以根據透鏡的兩個表面將其分類為雙凸透鏡，平凸透鏡，凹凸透鏡（會聚彎月面），雙凹透鏡，平凹透鏡和凸-凹（會聚彎月面）。由于透鏡表面的曲率，入射光束的不同光線會以不同角度折射，從而可以使整束平行光線會合或出現從一個點發散。這一點稱為鏡頭的焦點或主焦點（通常在射線圖中描繪為F）。從物體反射或發射的光線的折射會導致光線形成物體的視覺圖像。該圖像可能是真實（可拍攝或在屏幕上可見）或虛擬-僅在觀察鏡頭時才可見，例如在顯微鏡中。根據鏡頭的焦距以及鏡頭與物體之間的距離，圖像可能比物體大得多或小得多。透鏡的焦距是從透鏡中心到形成遠處物體的圖像的點的距離。長焦距鏡頭形成遠處物體的較大圖像，而短焦距鏡頭形成較小的圖像。

通常，由單個透鏡形成的圖像不足以在天文學，顯微鏡和攝影等領域進行精確的工作。這是因為由遠處物體中的單個點發出的圓錐不是由透鏡在一個完美的點上結合，而是形成一小塊光。單個目標點的鏡頭圖像中的這種和其他固有缺陷稱為像差。為了校正這種像差，通常需要在一個安裝架中組合幾個透鏡元件（單個透鏡），其中一些可能是凸面的而有些是凹面的，有些是由致密的高折射或高色散玻璃制成，而另一些是由低折射率玻璃制成。 -折射或低色散玻璃。另請參見 像差）。精確的安裝還可以確保所有鏡頭正確居中；也就是說，所有鏡頭表面的曲率中心都位于一條稱為鏡頭的主軸。衡量任何鏡頭系統質量的常用方法是其形成足夠清晰的圖像以分離或分辨物體中兩條非常靠近的點或線的能力。分辨力取決于鏡頭系統中各種像差的校正程度。

最簡單的復合透鏡是兩個單透鏡的薄膠合組合，例如小型折射望遠鏡的物鏡（最靠近物鏡的透鏡）中使用的透鏡。顯微鏡物鏡可能包含多達八或九個元素，其中一些元素可能由不同的材料制成，以使所有顏色的光聚焦到一個共同的焦點上，從而防止色差。相機中使用的物鏡可包含2到10個元件，而所謂的變焦或可變焦距鏡頭可在多組中包含多達18或20個元件，不同的組可通過控制桿或控制桿沿軸移動。凸輪以在不移動焦平面的情況下產生所需的焦距變化。鏡頭的直徑變化也很大，從0.16厘米（1/ 16英寸）用于顯微鏡物鏡的元件，而對于天文望遠鏡物鏡則高達100厘米（40英寸）。在反射鏡和其他幾種天文望遠鏡中，使用凹面鏡代替物鏡作為物鏡。