光轴是光学系统中一条假想的线，定义（在一次近似下）光学系统如何传导光线。光线若和光轴重合，在光学系统中光将沿光轴传递。
若此光学系统有一定程度的转动对称（英语：Rotational symmetry）（像相机镜头或是显微镜），光轴一般会是光学系统的旋转中心，若光学系统是由简单的透镜和反射镜组成，光轴会通过各平面的曲率中心（如焦点），和转动对称（英语：Rotational symmetry）轴重合。光轴一般会和系统的机械中心重合，但也有例外，例如离轴光学系统。
若光线和光轴角度很小，而光线接近光学系统的轴，可以用几何光学中的近轴近似来处理，可以简化数学的运算。
在光纤中，光轴会和纤维芯（英语：fiber core）重合，也称为光纤轴。
