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  一個球面,PA 為由球面頂點到非近軸光線入射點點距離,球面左右介質的折射率分別為 n,n';非近軸入射角,折射角分別為J,J';非近軸入射線和折射線與光軸的夾角分別為U,U';近軸光線的入射角為i;這個球面對球面像差的貢獻為  球面像差=formula_1  在四種情況下,球面像差為零: 物體和像與球面頂點重合。 物體和物象在球面的曲率中心 在這種情形下的球面成為消球差曲面 根據球面折射的基本方程可以匯出:  formula_2  formula_3  對於消球差曲面,凡是射向同一點B入射光,其折射線與光軸相交於一個共同點B'。  formula_4  formula_5  例如,n=1,n'=1.5。  formula_6  formula_7  消球差曲面多用於高倍率顯微鏡的物鏡。一個消球差薄透鏡由一個消球差球面和一個平面經組成,對於平行光。消球差薄透鏡等同一塊平板玻璃,對於聚合光束,消球差薄透鏡增加光束的聚合度,對於發散光束,消球差薄透鏡增加光束的發散度。。  對於一個由多個球面組成鏡頭,球面像差由一下公式給出. LA'=trans+newsp  其中 trans=formula_8  newsp= formula_9

  球面像差可表示為  LA'=formula_10..................。其中Y是入射光線的在球面入射點到光軸的距離。

  亞歷山大·尤金·康拉迪推匯出薄透鏡組的球面像差公式如下:  SC=formula_11。  其中“0”代表最後的結果,Σ代表對各鏡片之和

  對於單薄鏡片,上式可簡化為。  單鏡片的球面像差=LA'=formula_20  令上式對c_1的導數為零,可求得單鏡片具有最小球面像差的條件:  formula_21=formula_22  即 formula_23=formula_24.  當物距為無窮遠時,v_1=0;  於是  formula_25。
在光學中,球面像差是發生在經過透鏡折射或面鏡反射的光線,接近中心與靠近邊緣的光線不能將影像聚集在一個點上的現象。這在望遠鏡和其他的光學儀器上都是一個缺點。這是因為透鏡和麵鏡必須滿足所需的形狀,否則不能聚焦在一個點上造成的。 球面像差與鏡面直徑的四次方成正比,與焦長的三次方成反比,所以他在低焦比的鏡子,也就是所謂的「快鏡」上就比較明顯。