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。