Nel quadro dell’ottica geometrica, un sistema diottrico ideale produce l’immagine puntiforme di un oggetto puntiforme solo nell’ambito delle condizioni paraxiali di Gauss, ossia per raggi prossimi all’asse, angoli piccoli e lenti assimilabili a elementi sottili. Nelle lenti reali queste ipotesi vengono solo approssimate: lo spessore non è trascurabile, le superfici sono in genere sferiche e non perfettamente identiche in ogni sezione, e le proprietà del materiale (indice di rifrazione) dipendono dalla lunghezza d’onda. Di conseguenza, un punto oggetto è mappato in una macchia estesa e, per oggetti di dimensioni finite, i contorni possono apparire sfumati o deformati. Tali deviazioni dall’immagine ideale prendono il nome di aberrazioni.

Si distingue tra aberrazioni monocromatiche, dovute alla geometria e alla posizione dei raggi per una data lunghezza d’onda, e aberrazioni cromatiche, originate dalla dispersione dell’indice. Nel formalismo di terzo ordine (aberrrazioni di Seidel) le principali classi includono:

• aberrazione sferica longitudinale, correlata alla variazione della posizione del fuoco lungo l’asse con il raggio di apertura;
• aberrazione sferica trasversale, manifestata come allargamento laterale della macchia focale sul piano immagine;
• coma, che produce immagini di punti fuori asse con forma asimmetrica a “cometa”;
• astigmatismo, per cui i raggi fuori asse hanno due fuochi distinti (tangenziale e sagittale);
• curvatura di campo, che sposta il piano focale ideale su una superficie curva;
• distorsione, che altera le proporzioni dell’immagine pur mantenendo il fuoco locale;
• aberrazione cromatica, responsabile del diverso potere diottrico alle varie lunghezze d’onda, con frange colorate e spostamento del fuoco tra colori.

Anche quando il fuoco paraxiale è ben definito per luce monocromatica, i raggi marginali e quelli fuori asse generano contributi non coincidenti, peggiorando nitidezza e fedeltà geometrica. In pratica, il controllo dell’apertura, l’impiego di superfici asferiche e la combinazione di vetri a diversa dispersione (doppietti acromatici, apocromatici) sono strategie comuni per mitigare tali effetti, senza tuttavia eliminare completamente le aberrazioni residue.