由於主光線的光路偏離而引起的成像缺陷。當光學系統校正好球差、彗差、像散和像面彎曲四種像差時，主光線與高斯像面的交點即為像點所在，並且是清晰的。但是當主光線與高斯像面的交點高度y
與相應物點的理想成像高度
y
不等時，使像發生變形，與原來物體不相似。畸變可表示為
稱絕對畸變。或者以百分數表示
稱相對畸變。
畸變是由於垂軸放大率在整個視場范圍內不能保持常數而引起的。當一個有畸變的光學系統對一個方形的網狀物體（圖2a）成像時，若δy
＞0，則主光線的交點高度
y
比理想像高
y
低，視場越大，低得越多，形成一啤酒桶形狀的圖像（如圖2b），故又稱正畸變為桶形畸變；若
δy
＜0，則
y
比理想像高
y
高，視場越大，高得越多，形成一種枕頭形的圖像（如圖2c），故負畸變又稱枕形畸變。
在一般的光學系統中，隻要畸變引起的圖像變形不為人眼所覺察，是可以允許的，這一允許的畸變值約為4％。但是有些需根據圖像來測定物體尺寸的光學系統，如航空測量鏡頭等，畸變則直接影響測量精度，必須對其嚴加校正，使畸變小到萬分之一甚至十萬分之幾。
一般而言，畸變數值隨光闌（指孔徑光闌，下同）位置而異。對於單個薄透鏡或薄透鏡組，當光闌與之重合時，畸變為零。如果光學系統在光闌兩邊的光學結構互相對稱，且整個系統的垂軸放大率β=-1時，互相對稱的光學表面對垂軸像差（彗差、畸變等）有數值相等而符號相反的貢獻，故整個光學系統的垂軸像差為零。因此對畸變要求嚴格的光學系統往往采取對稱或近似對稱的結構形式。