Der Augenlinse entspricht das Objektiv des Fotoapparats, sie bildet wie das Objektiv den betrachteten Gegenstand auf eine lichtempfindliche Schicht ab. Beim Auge ist es die Netzhaut, beim Fotoapparat der Film oder – bei einer Digitalkamera – der lichtempfindlichen Sensor, ein CCD-Sensor an der Rückwand der Kamera. Die Iris reguliert die Lichtmenge, die in das Auge einfällt: Sie passt den Durchmesser der Pupille der Lichtintensität an. Bei der Kamera dient die Blende diesem Zweck.

Das "Scharfstellen" übernimmt im Auge der Ziliarmuskel. Er kann die Krümmung der Augenlinse und damit ihre Brennweite so verändern, dass unterschiedlich weit vom Auge entfernte Gegenstände auf der Netzhaut scharf abgebildet werden. Allerdings gibt es dafür eine untere Grenze: Bei einem normalsichtigen Menschen liegt diese bei etwa 10 Zentimetern. Das liegt daran, dass die Augenlinse nicht grenzenlos krümmbar ist und damit die Verringerung ihrer Brennweite begrenzt ist.

Die Hornhaut spielt bei der Abbildung im Auge eine entscheidende Rolle: Der größte Teil der Lichtbrechung, die für das Zustandekommen der Abbildung nötig ist, findet nicht in der Augenlinse statt, sondern schon vorher an der Hornhaut. Die Augenlinse sorgt durch ihre variable Krümmung für die Feinjustierung der Abbildung. Die Netzhaut ist Träger der lichtempfindlichen Zellen – vergleichbar den "Pixeln" im CCD-Sensor einer Digitalkamera. Sie enthält etwa 150 Millionen Rezeptoren, die als Stäbchen und Zäpfchen bezeichnet werden.

Die Zäpfchen können auch Farben registrieren.

Stäbchen und Zäpfchen sind mit Nervenfasern des Sehnervs verbunden. In den Rezeptoren werden die optischen Impulse (im Prinzip die Energie des Lichtes) in elektrische Signale umgewandelt und über die Nervenbahnen an das Gehirn weitergeleitet, wo die Verarbeitung der eingehenden Signale erfolgt.

Ursache für Kurzsichtigkeit ist ein im Vergleich zum normalsichtigen Auge zu langer Augapfel, so dass das Bild entfernter Objekte nicht auf der Netzhaut, sondern schon davor im Augapfel entsteht. Bei einem kurzsichtigen Auge muss daher das Bild entfernter Gegenstände weiter nach hinten auf die Netzhaut verschoben werden, nur dann nehmen wir ein scharfes Bild wahr. Anders gesagt: Die Lichtbündel, die von den einzelnen Punkten des Gegenstandes ausgehen, müssen vor dem Eintritt in das Auge aufgeweitet werden. Dadurch wandert der Schnittpunkt der einfallenden Strahlen weiter nach hinten.

Die Zerstreuungslinse weitet die Lichtstrahlen, damit sie direkt auf der Netzhaut landen und nicht davor.

Die Aufweitung des Strahlenbündels erfolgt mithilfe einer Zerstreuungslinse: Sie ist in der Mitte dünner als an den Rändern. Je stärker die Krümmung (je dünner also die Linse in der Mitte im Vergleich zu den Rändern ist), desto größer ist ihre zerstreuende Wirkung auf das einfallende Licht. Die Brechkraft hat bei Dioptrie-Angaben für Zerstreuungslinsen ein negatives Vorzeichen. Kurzsichtigkeit ist meist angeboren.

Weitsichtigkeit ist meist eine Alterserscheinung. Sie äußert sich dadurch, dass der Betreffende weit entfernte Gegenstände scharf sehen kann (die zugehörige Bilder also auf der Netzhaut liegen), Objekte in der Nähe – etwa eine Buchseite beim Lesen - dagegen unscharf erscheinen. Die Strahlen von Lichtbündeln, die von Gegenstandspunkten nahe am Auge ausgehen, schneiden sich erst hinter der Netzhaut. Das Bild liegt deshalb hinter der Netzhaut und wird als unscharf wahrgenommen.

Die Sammellinse bündelt die Lichtstrahlen, damit sie direkt auf der Netzhaut landen und nicht dahinter.

Ohne Brille müssen Weitsichtige eine Buchseite weit von sich weghalten, während für einen Normalsichtigen ein Abstand von ca. 25 cm – als "deutliche Sehweite" bezeichnet – zu einem scharfen Bild auf der Netzhaut führt. Eine Sammellinse korrigiert die Weitsichtigkeit, indem sie das Bild weiter nach hinten und exakt auf die Netzhaut verlagert.   

Ursache ist die mit dem Alter nachlassende Spannkraft des Ziliarmuskels. Dieser sorgt durch seine variable Anspannung für die starke Krümmung der Augenlinse, die für das Nahsehen nötig ist. Ist der Ziliarmuskel zu schwach, lässt sich die Augenlinse nicht mehr ausreichend stark krümmen.
Auch Kinder können einen zu kurzen Augapfel haben und deshalb weitsichtig sein. Bei ihnen ist allerdings der Ziliarmuskel noch kräftig und kann die Fehlsichtigkeit oft erstaunlich gut ausgleichen.    

Beispiel: Eine Sammellinse mit einer Brennweite von 25 cm = 0,25 m hat eine Brechkraft von 1 / 0,25 m = 4 dpt. Das heißt die Sammellinse besitzt die Brechkraft + 4 Dioptrien.

Anmerkung: Die Brechkraft einer Sammellinse hat ein positives Vorzeichen, die Brechkraft einer Zerstreuungslinse ein negatives Vorzeichen. Das bedeutet, dass eine Zerstreuungslinse mit höherer absoluter Brechkraft ein Lichtbündel stärker aufweitet als eine mit niedrigerer Brechkraft.