Mata
tajam dapat diperoleh dengan menggunakan bahan dengan indeks bias tinggi yang nilainya menurun di sekitar tepi, bertujuan untuk mengurangi panjang fokus dan dengan demikian memungkinkan gambar yang tajam terbentuk pada retina. Hal ini juga memungkinkan celah yang besar untuk memperoleh ketajaman gambar dengan memungkinkan lebih banyak cahaya yang masuk ke lensa, dan lensa datar dengan mengurangi
aberasi sferis. Seperti lensa heterogen yang diperlukan agar panjang fokus berkurang dari sekitar 4 kali radius lensa menjadi 2.5 radius lensa.
Mata heterogen telah berevolusi setidaknya sembilan kali, empat kali atau lebih pada gastropoda, sekali pada copepoda, sekali pada annelida, sekali pada cumi, dan sekali pada kiton, yang memiliki lensa aragonit. Tidak ada organisme air yang masih memiliki lensa homogen, mungkin tekanan evolusioner untuk lensa heterogen cukup besar sehingga tahap ini menjadi cepat "teratasi".
Mata ini menciptakan sebuah gambar yang cukup tajam, namun gerakan mata dapat menyebabkan kekaburan yang signifikan. Untuk meminimalkan pengaruh gerakan mata ketika hewan bergerak, sebagian besar mata telah menstabilkan otot matanya.
Oselus serangga memiliki lensa sederhana, namun titik fokusnya selalu terletak di belakang retina; akibatnya mata ini tidak pernah bisa membentuk gambar yang tajam. Oselus (jenis mata ceruk pada artropoda) mengaburkan gambar di seluruh retina, dan karenanya sangat baik dalam menanggapi perubahan intensitas cahaya yang cepat di bidang pandang keseluruhan. Respons cepat ini lebih dipercepat
lagi oleh berkas saraf yang besar, yang mengirimkan informasi ke otak. Pemfokusan gambar juga akan menyebabkan citra matahari akan difokuskan pada beberapa reseptor, dengan kemungkinan kerusakan di bawah paparan cahaya yang kuat; melindungi reseptor akan menghalangi cahaya dan dengan demikian mengurangi sensitivitas. Respons yang cepat ini telah membawa petunjuk bahwa
oselus serangga digunakan terutama ketika terbang, karena oselus dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan cahaya mendadak (karena cahaya, terutama sinar ultraviolet yang diserap oleh vegetasi, biasanya datang dari atas).
Beberapa organisme laut memiliki lebih dari satu lensa, misalnya copepoda "Pontella" yang memiliki tiga lensa. Bagian luar memiliki permukaan parabola, melawan efek dari aberasi sferis yang memungkinkan pembentukan gambar tajam. Copepoda lain, "Copilia", memiliki dua lensa di setiap mata, seperti yang diatur di dalam teleskop. Pengaturan tersebut langka dan kurang dipahami, tetapi merupakan
konstruksi alternatif. Beberapa lensa terlihat di beberapa hewan pemburu seperti elang dan laba-laba pelompat, memiliki kornea refraktif (dibahas berikutnya): struktur ini memiliki lensa negatif, memperbesar gambar yang diamati hingga 50% pada sel reseptor, sehingga meningkatkan resolusi optik.
Pada kebanyakan mata mamalia, burung, reptil, dan kebanyakan vertebrata darat lainnya (bersama dengan laba-laba dan beberapa larva serangga) cairan bening memiliki indeks bias lebih tinggi dari udara. Secara umum, lensa tidak sferis. Lensa sferis menghasilkan aberasi sferis. Pada kornea refraktif, jaringan lensa dikoreksi dengan bahan lensa takhomogen (lihat lensa Luneburg), atau dengan bentuk
taksferik. Lensa datar memiliki kelemahan, yaitu kualitas penglihatan berkurang pada sumbu utama fokus. Dengan demikian, hewan yang telah berevolusi dengan bidang pandang luas sering memiliki mata yang menggunakan lensa takhomogen.
Seperti disebutkan di atas, kornea refraktif hanya berguna di luar air. Di dalam air, terdapat sedikit perbedaan dalam indeks bias antara cairan bening dengan air di sekitarnya. Oleh karena itu, hewan yang telah kembali ke dalam air-misalnya penguin dan anjing laut-kehilangan kornea yang sangat melengkung dan kembali ke lensa berbasis penglihatan. Solusi alternatif yang
dimiliki oleh beberapa hewan penyelam adalah memiliki kornea yang mampu memfokuskan sangat kuat.
Sebuah alternatif untuk lensa adalah melapisi bagian dalam mata dengan "cermin", dan merefleksikan gambar agar memfokuskannya pada titik pusat. Sifat mata ini memiliki arti bahwa jika seseorang mengintip ke pupil mata suatu organisme, seseorang itu akan melihat gambar yang sama dengan apa yang dilihat organisme karena gambar yang ditangkap dipantulkan kembali keluar.
Banyak organisme kecil seperti rotifera, copepoda, dan cacing pipih menggunakan organ seperti ini, namun mata pemantul terlalu kecil untuk menghasilkan gambar yang dapat digunakan. Beberapa organisme yang lebih besar, seperti kapis, juga menggunakan mata pemantul. Kapis "Pecten" hingga memiliki 100 mata pemantul per milimeter menyusuri tepi cangkangnya. Struktur ini dapat mendeteksi objek bergerak dengan melewati lensa berturutan.
Terdapat setidaknya satu vertebrata, "Dolichopteryx longipes", yang matanya termasuk optik reflektif untuk memfokuskan cahaya. Masing-masing dari dua mata pada seekor "Dolichopteryx longipes" mengumpulkan cahaya dari atas dan bawah. Cahaya yang datang dari atas difokuskan oleh lensa, sementara yang datang dari bawah difokuskan oleh cermin melengkung yang terdiri dari banyak lapisan lempeng kecil reflektif yang terbuat dari kristal guanin.
Sebuah mata majemuk dapat terdiri dari ribuan fotoreseptor individual atau omatidia (omatidium, tunggal). Gambar yang dipersepsikan merupakan kombinasi ransangan dari berbagai omatidia ("satuan mata" individual) yang terletak di permukaan cembung, sehingga setiap omatidium menunjuk ke arah yang sedikit berbeda. Dibandingkan dengan mata sederhana, mata majemuk memiliki sudut pandang yang sangat besar,
dapat mendeteksi gerakan cepat, dan dalam beberapa kasus dapat mendeteksi polarisasi cahaya. Karena lensa individual sangat kecil, efek difraksi memaksakan batasan pada kemungkinan resolusi yang dapat diperoleh (dengan asumsi bahwa mata majemuk tidak berfungsi sebagai susunan berfase). Hal ini hanya dapat diatasi dengan meningkatkan ukuran dan jumlah lensa. Untuk
melihat dengan resolusi sebanding dengan mata sederhana manusia, manusia akan membutuhkan mata majemuk sangat besar, memiliki radius sekitar 11 meter (36 kaki).
Mata majemuk terbagi ke dalam dua kelompok: mata aposisi yang membentuk beberapa gambar terbalik, dan mata superposisi yang membentuk bayangan tunggal yang tegak. Mata majemuk sering ditemukan pada artropoda, dan juga terdapat pada Annelida dan beberapa moluska dwikatup. Mata majemuk, setidaknya pada artropoda, tumbuh dengan penambahan omatidia baru pada bagian tepi.
Mata aposisi adalah bentuk mata yang paling umum, dan mungkin juga bentuk nenek moyang mata majemuk. Mata ini ditemukan di seluruh kelompok artropoda, meskipun mata ini mungkin telah berevolusi lebih dari sekali di dalam filum ini. Beberapa annelida dan bivalvia juga memiliki mata aposisi. Mata ini juga dimiliki oleh "Limulus", kepiting tapal kuda, dan terdapat
petunjuk bahwa chelicerata lain mengembangkan mata sederhana dengan mereduksi titik awal mata majemuk (beberapa ulat tampaknya telah mengembangkan mata majemuk dari mata sederhana dengan cara yang sebaliknya).
Mata aposisi bekerja dengan mengumpulkan sejumlah gambar, satu dari setiap mata, dan menggabungkannya di otak, dengan setiap mata biasanya memberi kontribusi satu titik informasi. Keunikan yang dimiliki mata aposisi adalah lensa yang memusatkan cahaya dari satu arah pada rabdom, sedangkan cahaya dari arah lain diserap oleh dinding gelap omatidium.
Mata superposisi terbagi menjadi tiga jenis, yaitu: mata superposisi pembiasan, pemantulan, dan parabolik. Mata superposisi pembiasan memiliki celah antara lensa dan rabdom, dan tidak memiliki dinding samping. Setiap lensa mengambil cahaya dengan sudut tertentu ke sumbu lensa dan memantulkannya dengan besar sudut yang sama di sisi lain. Hasilnya adalah sebuah gambar pada setengah radius mata,