光学系统是指由透镜、反射镜、棱镜和光阑等多种光学元件按定次序组合成的系统。通常用来成像或做光学信息处理。曲率中心在同直线上的两个或两个以上折射（或反射）球面组成的光学系统称为共轴球面系统，曲率中心所在的那条直线称为光轴。其中参数包括焦距、视场角、相对孔径等。
 

　　多光谱相机光学系统可以在各个谱段内范围内成像，可以很好的的控制杂散光，是多光谱相机重要的部分，对工作谱段范围和分辨能力起了决定性的作用，还可以设定工作焦距、视场角大小等。
 

　　多光谱相机的反射光学系统

　　如果光学系统中的光学镜片为反射镜，则此系统称之为反射系统，反射式光学系统大的优势就在于其光谱范围很大，对各个谱段都适用，并且不需要矫正二光谱，但是因选用的是非球面镜片，会使系统的加工和装配变得十分困难，增加制作工艺难度。
 

　　光谱相机的分光系统

　　对于多光谱相机来说除了光学系统以外，分光系统也十分重要，因为多光谱相机需要对各个谱段进行成像分析，终将这些图像数据结合在起，这就要求能将光线进行分光的器件，无论采用哪种分光模式都必须满足配准的需求。

　　早出现的分光方式是利用棱镜或者是光栅分光，相对来说技术比较成熟，应用也比较广泛，随着发展也有了迈克尔逊双光束干涉分光、offner凸光栅光谱成像系统等。