Рассмотрим способность линз преломлять лучи на примере стеклянной линзы в воздухе. Каждую линзу можно разбить на множество отдельных призм. Луч, переходящий из воздуха в стекло, приближается к перпендикуляру (угол 2 меньше угла 1). Луч, переходящий из стекла в воздух, удаляется от перпендикуляра (угол 4 больше угла 3). Таким образом, линза отклоняет луч в сторону широкой своей части.

Рис. 1. Способность линз преломлять лучи на примере стеклянной линзы в воздухе

Прямая, проходящая через центры кривизны O₁ и O₂ сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы. В случае тонких линз можно приближенно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую принято называть оптическим центром линзы O. Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления. Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями.

Рис. 2. Параметры собирающей и рассеивающей линз

Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи (или их продолжения) соберутся в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы. У тонкой линзы имеются два главных фокуса, симметрично расположенных относительно линзы на главной оптической оси. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих — мнимые. Пучки лучей, параллельных одной из побочных оптических осей, также фокусируются после прохождения через линзу в точку F', которая расположена при пересечении побочной оси с фокальной плоскостью Ф, то есть плоскостью перпендикулярной главной оптической оси и проходящей через главный фокус. Расстояние между оптическим центром линзы O и главным фокусом F называется фокусным расстоянием.

Рис. 3. Преломление параллельного пучка лучей в собирающей (a) и рассеивающей (b) линзах. Точки O1 и O2 — центры сферических поверхностей, O1O2 — главная оптическая ось, O — оптический центр, F — главный фокус, OF' — побочная оптическая ось, Ф — фокальная плоскость.