望远镜利用光的反射、折射原理，通过物镜（凸透镜）聚焦光线成像在焦平面上，并由目镜（凸透镜）放大成人眼可读取的大小。

其中物镜带来的聚焦距离影响公式为1/f=1/f1+1/f2，因此选择具有长焦距的物镜可获得更好的放大效果。

而由于大气折射、色散、散射等影响，现代望远镜常选用反射镜（凹面镜），使成像更加清晰，且可避免色偏问题。