光线模型适合尺寸显著大于波长的情形：平整镜面形成具有规律方向的镜面反射

几何光学用光线描述光的传播路径。光线模型适合尺寸显著大于波长的情形。均匀各向同性介质中的光通常沿直线传播。反射角等于入射角是镜面反射的基本关系。入射角与反射角都相对于界面法线测量。漫反射来自粗糙表面上不同方向的局部反射。漫反射的每个局部过程仍然遵守反射定律。平面镜成像表现为物体关于镜面的对称。

反射是光到达界面后改变传播方向的现象。平整镜面形成具有规律方向的镜面反射。粗糙表面能够让光向多个方向散射。漫反射使物体从不同方向仍然可见。平面镜通过规律反射形成与物体对应的虚像。镜像位置看起来位于镜面后方相应距离。平面镜不会把物体实际搬到镜子后面。镜面左右感受与观察者坐标关系有关。

色差源于不同波长光在透镜中的折射差异。消色差透镜可通过不同材料组合减小色差。反射望远镜能避免透镜折射产生的色差。菲涅耳透镜利用分段结构减小材料厚度。光阑限制通过光学系统的光束范围。远心成像能够减弱物距变化造成的倍率变化。光路可逆原理适用于许多常见线性光学系统。太阳投影成像遵循小孔或透镜的成像规律。光学仪器的清晰程度受到多种物理因素限制。