当球面孔径较大时，轴上物点发出的光束，经球面折射后不再交于一点，这种现象称为球面像差，简称为球差。傍轴光线和非傍轴光线交点不同，边缘光线的交点和傍轴光线交点的距离差为纵向球差。边缘光线的傍轴光线的焦面上的交点，与光轴的距离为横向球差。纵向球差又按边缘光线交点，在傍轴光线交点的左右分成正球差和负球差。典型的双凸透镜有正的纵向球差，双凹透镜有负的纵向球差，所以由凹凸两透镜胶合而成的透镜，可以减小球差。一般可改变透镜两球面的曲率半径（又称配曲调正）以减小单透镜的球差，也可用渐变折射率的材料制作透镜，以消除球差。

选取笛卡尔卵形线作为透面的截面形状，也可以消除球面像差的。