O eixo óptico de um sistema óptico centrado, ou eixo principal , é o eixo de simetria rotacional do sistema.
O conceito de eixo óptico não tem razão de ser senão num sistema denominado “centrado”, isto é, em que os vários elementos são simétricos em revolução , ainda que não sejam esféricos. Assim, desde que uma lente asférica com simetria de revolução não esteja fora do eixo, o sistema pode ser considerado como de revolução e o eixo óptico existe.
Para espelhos, o eixo óptico geralmente é definido como a linha reta conectando a parte superior do espelho e seu centro de curvatura. Um raio passando pelo centro e o topo será refletido de volta para o centro. Tão logo seja preservada a simetria de revolução, é possível falar do eixo óptico de um sistema, catóptrico, dióptrico ou catadióptrico, além disso, é possível analisar um sistema fora do eixo contendo reflexos considerando o Equivalente "sistema desdobrado" , reduzindo a combinação a um sistema de revolução.
Mais simplesmente, o eixo óptico é o eixo que contém todos os centros de curvatura das superfícies do sistema.
O eixo óptico é geralmente orientado da esquerda para a direita, e em um quadro ortonormal, é o eixo (Oz), sua direção indicando a direção de propagação da luz, ele na verdade representa o caminho de um raio de luz que passa. Pelo centro do sistema e não sendo desviado durante o cruzamento no caso de um sistema centrado. Além disso, qualquer ponto do objeto localizado no eixo é representado no eixo e os focos do sistema são posicionados no eixo óptico.
No quadro da aproximação gaussiana , os raios são considerados próximos e ligeiramente inclinados em relação ao eixo óptico e são chamados de "raios paraxiais", daí o nome "óptica paraxial" designando o domínio de 1. óptica geométrica coberta pela Gauss aproximação.
O eixo óptico também permite definir os planos meridianos, os planos que contêm esse eixo e os “raios meridianos”, contidos nesses planos, em oposição aos “raios oblíquos”; os raios de luz que passam por um ponto do objeto pertencente ao eixo óptico são "raios axiais".
Além dos tipos de raios de um sistema, outros elementos são definidos pelo eixo óptico, em particular a pupila de entrada e a pupila de saída da combinação, colocadas respectivamente na intersecção da linha que transporta o raio principal no espaço do objeto com o eixo óptico e na intersecção da linha que transporta o raio principal no espaço da imagem com o eixo óptico; sendo o raio principal o raio que passa pelo centro do diafragma da combinação óptica.
As aberrações ópticas podem ser classificadas de várias maneiras, incluindo separá-las em aberrações fora do eixo e aberrações no eixo. Na verdade, certas aberrações existem exclusivamente em todos os pontos do espaço da imagem, exceto no eixo óptico: elas estão fora do eixo. As demais são aberrações existentes em todo o espaço, inclusive no eixo óptico. No eixo, encontraremos assim a aberração esférica e o cromatismo axial . As outras aberrações se comportam de forma que quanto mais afastamos um ponto do eixo, mais importantes elas são.
Para uma fibra óptica , o eixo óptico ou eixo da fibra segue o centro do coração da fibra e, portanto, não é necessariamente uma linha reta. Esta definição geralmente se aplica a todos os guias de onda ópticos. Sendo o eixo óptico um invariante prático em um sistema, também permite definir os gradientes do índice : ao longo do eixo óptico o gradiente é denominado gradiente axial e, se for perpendicular ao eixo, gradiente radial.