透镜成像原理是光在不同的介质中传播时，会发生折射。其中，凸透镜和凹透镜都是利用光的折射的原理成像。
凸透镜对光线起会聚作用，其成像规律是物体放在焦点之外，在凸透镜另一侧成倒立的实像，实像有缩小、等大、放大三种情况。物距越小，像距越大，实像越大。物体放在焦点之内，在凸透镜同一侧成正立放大的虚像，物距越大，像距越大，虚像越大。凹透镜对光线起发散作用，凹透镜成像的几何作图与凸透镜者原则相同。凹透镜所成的像总是小于物体的、直立的虚像，凹透镜主要用于矫正近视眼。
此外，还有利用此原理制成的光学显微镜、望远镜（包括一部分天文望远镜）以及用于观测放置在观测人员近处应予放大的物体的放大镜等。