光学系统中最常用的球面透镜是指透镜表面是回转对称的球面表面，即从透镜的中心到边缘具有恒定的曲率。而非球面透镜则是透镜表面为回转对称的不是球面的表面，即符合特定表达式的回转对称的且表面是光滑连续的表面。
市面上镜头分为两类，即玻璃和塑胶镜头，两者的差异，主要在于成本、光学性质、应用、制程、重量、耐受性等层面。玻璃镜头在透光性与折射率等光学性质、耐受性等方面较塑胶镜头优异，常用在专业相机、望远镜、医疗仪器、车用产品上；塑胶镜片具有较低成本、重量较轻的优势，广泛用在手机、眼镜等讲究轻薄短小与可携性的产品。光学系统中采用的非球面有三大类：第一类是轴对称非球面，如回转圆锥曲面、回转高次曲面；第二类是具有两个对称面的非球面，如柱面、复曲面；第三类是没有对称性的自由曲面。
非球面透镜的优点球面透镜无论是否存在任何的测量误差和制造误差，都会出现球差。而非球面透镜最显著的优点便是它能够通过对圆锥常数和非球面系数进行调整、优化，以最大限度地减小像差，展示了一个带有显著球差的球面透镜，和一个几乎没有任何球差的非球面透镜，相比而言，单片非球面透镜获得了更好的像质。
相比于常规的通过增加镜片数量来校正球差的方法，非球面透镜能够实现用更少的透镜数来实现更好的像差校正，例如，一般使用十个或更多透镜的变焦镜头，可以使用一两个非球面透镜来替换五六个球面透镜，实现相同或更高的光学效果，从而降低系统的长短和复杂性。
光学镜头通常由镜片、精密五金、塑胶零件、快门／光圈、马达、传感器以及镜筒所组成。不同的产品因光学设计的差异，其内部结构差异颇大，而镜头对解析度、对比度、景深及各种像差等主要指标具有决定性的作用，其成像素质的优劣，则取决于光学设计水准的高低，以及光学镜片材质的好坏。
另外，使用更多的光学元件的光学系统，往往对机械公差有严格要求，且会增加额外的校准步骤，以及更多的增透膜要求，从而降低系统的整体实用性。因此，光学系统中非球面透镜的使用（虽然非球面透镜价格相比F数等同的单片透镜和双胶合透镜贵），将会降低整体系统的成本。
总的来说，光学系统中合理采用非球面透镜，在实现光学系统小型化、轻型化、多功能化等方面具有不可替代的地位。