ある透明な媒体を移動する光が第二の透明な媒体との境界に遭遇したとき（例えば, 光の一部が反射され、一部が第二の媒体中に透過される。 透過された光が第二の媒体に移動すると、それは進行方向を変える。 屈折の法則（スネルの法則とも呼ばれる）は、表面に対する法線（”垂線”）に対して測定される入射角（θ1）と屈折角（θ2）の関係を数学的に記述し、n1sinθ1=n2sinθ2であり、n1とn2はそれぞれ第一および第二の媒体の屈折率である。, 任意の媒体の屈折率は、真空中の光の速度とその媒質中の速度の比に等しい無次元定数である。

定義により、真空の屈折率は正確に1です。, 任意の透明媒質中の光の速度は常に真空中の光の速度よりも小さいので、すべての媒体の屈折率は一つよりも大きく、典型的な透明材料の指数は一つと二つの間にある。 例えば、標準条件での空気の屈折率は1.0003であり、水は1.33であり、ガラスは約1.5である。

屈折の基本的な特徴は、Snellの法則から容易に導き出されます。 二つの媒質間の境界を横切るときの光線の曲げ量は、二つの屈折率の違いによって決定される。, 光がより密度の高い媒体に入ると、光線は法線に向かって曲がります。 逆に、より密度の高い媒体から斜めに出てくる光は、法線から離れて曲がっています。 入射ビームが境界に垂直である（すなわち、法線に等しい）特別な場合には、第二の媒体に入る光の方向に変化はない。

スネルの法則は、レンズの結像特性を支配する。 レンズを通過する光線は、レンズの両面で曲げられる。 表面の曲率を適切に設計することにより、様々な集束効果を実現することができる。, 例えば、最初に点光源から発散する光線は、レンズによってリダイレクトされて空間内の点で収束し、焦点を合わせた画像を形成することができる。 人間の目の光学系は、角膜および水晶体の集束特性を中心としている。 遠くの物体からの光線は、これら二つの成分を通過し、光感受性網膜上の鮮明な画像に焦点を当てています。 他の光学イメージ投射システムは簡単な単一レンズの適用から、拡大鏡、接眼レンズおよびコンタクトレンズのような、多数レンズの複雑な構成に及ぶ。, 現代のカメラでは、特定の倍率を生成し、不要な反射による光損失を最小限に抑え、レンズ収差による画像の歪みを最小限に抑えるために、半ダースまたはそれ以上の別々のレンズ要素を備えていることは珍しいことではありません。