空間を圧縮したり拡大したり、空間を曲げたりねじったり、あるいは（ワームホールを模倣するなどして）トポロジーを変化させるような一般的な座標変換を導き出すことができる。現在、透明マント、イベントマント、フィールドコンセントレーター、ビーム曲げ導波路などの設計に関心が集まっている。
天体力学の模倣.
一般相対性理論が予言する光と物質と時空の相互作用は、光（実際には電磁放射）を曲げる驚異的な能力を持つ新しいタイプの人工光学材料を用いて研究することができる。この研究は、人工光メタマテリアルという新しく台頭してきた分野を、天体力学の分野と結びつけるものであり、天文学的現象を実験室で研究する新たな可能性を開くものである。最近導入された新しいクラスの特別に設計された光学媒体は、重力場を受けた天体で観測される周期的、準周期的、カオス的な運動を模倣することができる。
これにより、光メタマテリアルの研究を古典的な天体力学と融合させることで、軌道運動や奇妙なアトラクター、カオスを模倣した光現象を、制御された実験室環境で研究する道が開かれる。
光学メタマテリアルをねじると、その「空間」が新しい座標に変換される。実空間を進む光は、変形光学で応用されているように、ねじれた空間の中で湾曲する。この効果は、星の光がより近い重力場を通って移動し、曲がった時空や重力レンズ効果を経験するときに類似している。古典的な電磁気学と一般相対性理論との間のこの類似は、重力レンズのような相対性理論現象を研究するための光学メタマテリアルの可能性を示している。
この研究はまた、微視的デバイスやレーザーシステムに応用するための、新しい光キャビティや光子トラップの設計を指し示している。
メタマテリアルでブラックホールを作り出す.
勾配屈折率レンズ.
変倍光学系は、勾配屈折率レンズの能力を向上させるために採用されている。
従来の光学的限界.
光学素子（レンズ）は、結像から投光、集光に至るまで様々な機能を果たす。これらのシステムの性能は、光学素子によって制限されることが多く、システムの重量とコストを支配し、焦点距離、視野角（または受入角）、解像度、距離などのシステムパラメーター間のトレードオフを強いられる。