通過光學鏡頭結構實現變焦的技術稱為光學變焦，與數碼變焦相對。數碼變焦是壹種通過對部分圖片進行插值放大來獲得更大比例圖片的方法。
光學變焦是通過改變鏡頭、物體和焦點的位置來實現的。像平面在水平方向移動時，視角和焦距會發生變化，更遠的景物會變得更清晰，讓人感覺物體在前進。至於透鏡，通過改變變焦透鏡中透鏡的相對位置來改變透鏡的焦距。
光學變焦中有壹個重要參數，就是變焦因子，它是鏡頭的最大等效焦距與最小等效焦距之比。比如鏡頭的最小等效焦距為18，最大等效焦距為55，那麽鏡頭的變焦倍數為3.0555，簡稱3倍光學變焦。需要註意的是，在沒有技術創新的情況下，鏡頭光學變焦倍率越大，成像效果越低。如果要保證良好的成像效果，鏡頭組會變得更加復雜，體積也會大大增加。
光學變焦的成像效果比數碼變焦好，因為光學變焦是感光元件真實接收被攝物體的光線，每個像素點記錄真實的參數，而數碼變焦實際上只是截取像素點記錄的部分參數作為幀，然後通過算法用接近的色塊填充這些幀，所以在數碼變焦照片的放大細節上塗抹虛假色彩更不現實。