光学系を特徴づける軸のことで、光学系を通過する光束の向かう方向を定める。多くの光学系（レンズ、カメラなど）は回転対称形をしており、そのような系においては、光軸は系の光学的な対称軸と一致する。一般に、光学系は光軸上を通る光線について最適化されているため、複数の光学系を組み合わせた系を製作する際には、各々の光学系の光軸を一致させる必要がある。