光學系統的實際成像和理想成像狀態的差別。如圖1，由物平面Ⅰ上同一個點B發出的光線，經過光學系統後在理想像平面Ⅱ上並不會聚成一點；或者物點B發生的主光線與理想像平面Ⅱ交點B'的高度A'B'和物高AB不成一定比例，因而造成像的幾何形狀失真。這兩種缺陷統稱為像差。通常理想像平面定義為近軸光的像平面。
單色像差 對單色光而言的像差。按照理想像平面上像差的大小與物高、入射光瞳口徑的關系可區分為：
①球差 與物高無關而與入射光瞳口徑三次方成正比的像差。它使理想像平面中各像點都成為同樣大小的圓斑。軸上物點隻有球差這一種像差。通過入射光瞳上不同環帶的光線，經過光學系統後會聚在光軸上的不同點。這些點與近軸光的像點之差稱為軸向球差。
②彗差 與物高一次方、入射光瞳口徑二次方成正比的像差。若僅存在彗差，軸外物點發出的通過入射光瞳不同環帶的光線，會在理想像平面上形成半徑變化的並且沿視場半徑方向偏移的像圈。它們的組合會使物點的像成為形狀同彗星相似的彌散斑。
③場曲和像散 與物高二次方、入射光瞳口徑一次方成正比的像差。若僅存在場曲，則所有物平面上的點都有相應的像點，但分佈在一個球面上；若采用彎成此種形狀的底片，則可獲得處處清晰的像。此時在理想像平面上，像點呈現為圓斑。若僅存在像散，則軸外物點的光線通過光學系統後聚焦成兩條焦線，如圖2。在這兩條焦線的中點，光束形成最小彌散圓。若將底片彎成處處都在這樣的位置，則可獲得處處像點彌散成最小的圓形斑。此時在理想像平面上，像點呈橢圓斑。
④畸變 僅與物高三次方成正比的像差。若僅有畸變，得到的像是清晰的，隻是像的形狀與物不相似。
上述單色像差，僅與物高和入射光瞳口徑的冪總共三次方成正比，稱為三級像差（又稱初級像差），此外還有與物高和入射光瞳口徑的冪總共高於三次方的成正比像差，稱為高級像差。
色差 由於透射材料折射率隨波長變化，造成物點發出的不同波長的光線通過光學系統後不會聚在一點，而成為有色的彌散斑。它僅出現於有透射元件的光學系統中。按照理想像平面上像差的線大小與物高的關系，可區分為：
①位置色差（又稱縱向色差） 與物高無關的像差，即不同波長的光線經由光學系統後會聚在不同的焦點。
②橫向色差（又稱倍率色差） 與物高一次方成正比的像差。它使不同波長光線的像高不同，在理想像平面上物點的像成為一條小光譜。
這是兩種最基本的色差，由於波長不同還會引起單色像差的不同，這稱為色像差，如色球差、色彗差等。如果物平面處在無窮遠，上述物高應換為物點的視角(即它和光軸的夾角)。
上述各種像差在理想像平面上的表現形式見圖3。
實際的光學系統存在著各種像差。一個物點所成的像是綜合各種像差的結果；此外實際光學系統完全可以不調焦在理想像平面處，這時像差（指在這個實像面上的像斑）當然也要變化。在天文上常用光線追跡的點列圖來表示實際像差；也可用波像差來表示像差，由一個物點發出的光波是球面波，經過光學系統後，波面一般就不再是球面的。它與某一個基準點為中心的球面的偏離量，乘以該處介質的折射率值，稱為波像差。