在几何光学中，光线的偏折角度是由透镜表面的曲率决定的，而折射光线的位置受到透镜轴向的厚度影响。菲涅尔透镜通过将透镜曲面内部掏空，只保留发生折射的部分，然后再让它 “塌陷” 到一个平面上接受光线。螺纹状的菲涅尔透镜每一个凹槽都能成为一个独立的透镜，当平行光线通过菲涅尔透镜时，它们会在每个环形面上发生折射，最终这些光线被有效地汇聚到一个焦点。与传统透镜相比，菲涅尔透镜的聚焦性能没有改变，由于去除了部分材料，其体积更小、重量更轻，可以制作较大的口径。考虑到实际加工，透镜各环带的曲面轮廓可以用平面替代，由于透镜环距比较小，对透镜聚焦性能影响不大。