Il cannocchiale è uno strumento ottico utilizzato per l'osservazione ravvicinata di oggetti che si trovano a grande distanza dall'osservatore, e il suo principio di funzionamento è basato sulle proprietà di rifrazione delle lenti, quindi può variare a seconda della sua tipologia. Il cannocchiale, infatti, può essere di tre tipi: galileiano, kepleriano e prismatico.
Il cannocchiale galileiano è costituito soltanto da due lenti, una convergente, piano-convessa o biconvessa, che funge da obbiettivo e una divergente, piano-concava o biconcava, in funzione di oculare. Il livello di ingrandimento, quindi, si può variare cambiando la lunghezza focale tra le due lenti, allungando o accorciando il tubo nel quale sono inserite.
Lo stesso principio vale per il cannocchiale kepleriano, ma quest'ultimo aggiunge una terza lente, o addirittura un gruppo di lenti, in posizione intermedia tra l'obbiettivo e l'oculare. A seconda della convessità della lente, infatti, questa può rimandare all'oculare un'immagine capovolta; la lente intermedia serve appunto a raddrizzare l'immagine reale formata dall'obbiettivo, e per questo viene definita lente raddrizzatrice.
Il cannocchiale prismatico, invece, è analogo a quello kepleriano con la sola differenza che per il raddrizzamento dell'immagine non viene usata una lente ma appunto un prisma, la cui configurazione può essere a tetto o a Porro, dal nome del suo inventore: Ignazio Porro.