一般球面鏡片光線在進入鏡片後到焦平面時在其邊緣部份比中央部份容易產生嚴重的折射與彎曲，此現象會導致銳利度知對比的降低及光斑的產生而使得影像品質下降，而且光圈越大越嚴重，所以以收光圈的方式是可以改善這種情況，但是無法完全消除。而此種因球面鏡片所產生的像差稱為球面像差。當球面孔徑較大時，軸上物點發出的光束，經球面折射後不再交於一點，這種現象稱為球面像差，簡稱為球差。傍軸光線和非傍軸光線交點不同，邊緣光線的交點和傍軸光線交點的距離差為縱向球差。邊緣光線的傍軸光線的焦面上的交點，與光軸的距離為橫向球差。縱向球差又按邊緣光線交點，在傍軸光線交點的左右分成正球差和負球差。典型的雙凸透鏡有正的縱向球差，雙凹透鏡有負的縱向球差，所以由凹凸兩透鏡膠合而成的透鏡，可以減小球差。一般可改變透鏡兩球面的曲率半徑（又稱配曲調正）以減小單透鏡的球差，也可用漸變折射率的材料製作透鏡，以消除球差。選取笛卡爾卵形線作為透面的截面形狀，也可以消除球面像差。