تعتمد العدسات على ظاهرة انكسار الضوء لتكوين الصور. فالعدسة قطعة شفافة ذات أسطح منحنية تجعل الأشعة الضوئية تغير اتجاهها بطريقة محددة، فتتجمع أو تتباعد لتكوين صورة قد تكون مكبرة أو مصغرة أو مقلوبة أو معتدلة، بحسب نوع العدسة وموقع الجسم بالنسبة إليها.

تُعرف الأجهزة التي تعتمد على الضوء لتكوين الصور أو تكبيرها باسم الأجهزة البصرية، وتشمل العدسات المكبرة والمجاهر والتلسكوبات والمناظير. وتعتمد جميعها على التحكم في مسار الأشعة الضوئية بواسطة العدسات أو المرايا لإنتاج صور أوضح أو أكبر مما تستطيع العين المجردة رؤيته.

المجهر الضوئي جهاز يستخدم الضوء والعدسات لتكبير الأجسام الدقيقة التي لا تراها العين المجردة. أحدث ثورة في علم الأحياء والطب بتمكين دراسة الخلايا والأنسجة والكائنات المجهرية والبلورات والمواد الدقيقة. يعتمد أداؤه على العدسات والإضاءة والتباين والتحضير الجيد للعينة. يمثل المجهر الضوئي أداة بسيطة في مبدئها عظيمة الأثر، لأنها فتحت للإنسان عالماً كامناً في الصغر.

تعتمد المجاهر الإلكترونية على استخدام حزم من الإلكترونات بدلًا من الضوء المرئي، لأن طول موجة الإلكترونات أقصر بكثير من طول موجة الضوء، مما يمنحها قدرة أعلى على التمييز بين التفاصيل الدقيقة جدًا. وتُستخدم هذه المجاهر في دراسة الفيروسات والبلورات والمواد النانوية والتركيب الداخلي للخلايا.

فحص مجهري بالساحة المظلمة طريقة مجهرية تُستخدم في المجاهر الضوئية والإلكترونية تعتمد استبعاد الضوء غير المبعثر بحيث يظهر المحيط الخالي من العينة داكناً بينما تظهر الأجسام المبعثرة مضاءة، وتُستخدم لتمييز مواد نُقِشتْ أو جُسماتٍ دقيقة منخفضة التباين وتسهيل رؤية المويجات والحمَلات الميكروية.