牛頓經過多次磨製非球面的透鏡均告失敗後，決定採用球面反射鏡作為主鏡。他用2.5釐米直徑的金屬，磨製成一塊凹面反射鏡，並在主鏡的焦點前面放置了一個與主鏡成45度角的反射鏡，使經主鏡反射後的會聚光經反射鏡以90度角反射出鏡筒後到達目鏡。這種系統稱為牛頓式反射望遠鏡。

牛頓式反射望遠鏡。

優點： 由於反射鏡的造價要比透鏡低的多，因此對於大口徑的望遠鏡來說，經常做成反射式的，而不是笨重的折射式。

行動式設計的反射望遠鏡，雖然鏡筒只有500mm，但焦距卻可以達到1000mm。牛頓式反射鏡的焦比可以達到f/4到f/8，非常適合觀測那些闇弱的河外星系、星雲。有些時候用這種望遠鏡觀測月亮和行星也是很適合的。如果要進行拍照，使用牛頓式望遠鏡時非常好的。但是使用起來要比折反式望遠鏡要麻煩一點。牛頓式結構可以很好的會聚光線，在焦點處得到一個非常明亮的像。缺點： 開放的鏡筒式的空氣可以流通，這樣不僅會影響到成像的穩定度，而且一些塵埃會隨著流動的空氣進入鏡筒並附著在物鏡上，長此以往會破壞物鏡表面的鍍膜，使其反射力下降。由於這種結構的物鏡比較容易破裂，所以使用的時候需要倍加小心。對於偏軸的光線，牛頓式望遠鏡會產生彗差。這種結構的望遠鏡不適合於對地面景觀的觀測。通常牛頓式望遠鏡的口徑和體積都比較大，因此價格也比較昂貴。由於加了一個二級平面反射鏡，所以會損失一些光線。

反射望遠鏡的光路可分為牛頓系統和卡塞格林系統等。牛頓系統由凹面鏡作為物鏡，一塊小型平面鏡在鏡筒前方作為副鏡，以便轉折光線的望遠鏡設計。最早由英國科學家伊薩克·牛頓爵士所發明。這種設計的望遠鏡結構簡單，因此成本低廉。很多天文愛好者的望遠鏡都採用這種結構。折反射望遠鏡是由透鏡和反射鏡組成。天體的光線要受到折射和反射。這類望遠鏡具有光力強，視場大和能消除幾種主要像差的優點。這類望遠鏡又分為施密特系統、馬克斯托夫系統和施密特卡塞格林系統等。