镜头的光学特性是指由其光学结构所形成的物理性能，由焦距、视场角和相对孔径三个因素组成。任何一种光学镜头，都可以由这三种光学特性的技术参数来表示和区分。
（1）焦 距
摄像机的镜头都可被看成为一块中间厚、边缘薄的凸透镜，光线穿过透镜会聚成焦点，焦点至镜头中心的距离即为该镜头的焦距，焦距的单位是毫米（mm）。
镜头焦距的长短与被摄对象在摄像管光电靶面上的成像面积成正比。如果在同一距离上对同一被摄对象进行拍摄，镜头焦距愈长，那么成像面积越大，放大倍率越高；反之，镜头焦距愈短，则成像面积越小，放大倍率越低。
通常，我们把焦距与像平面对角线接近或相等的镜头称为标准镜头。一般的摄像机光电靶面成像面积约等于16毫米电影摄影机的画幅像平面，标准镜头焦距通常为25毫米。焦距大于像平面对角线的镜头，称为长焦距镜头。焦距小于像平面对角线的镜头，称为广角镜头。焦距可发生变化的镜头，称为变焦距镜头。
（2）视场角
镜头的视场角，是指摄像管有效成像平面（视场）边缘与镜头后节点所形成的夹角。
从造型角度上讲，镜头视场角反映了摄像机记录景物范围的开阔程度（镜头视场角分为水平视场角和垂直视场角，本章所用视场角均指水平视场角）。镜头视场角与被摄对象在画面中的成像效果成反比。视场角愈大，被摄主体成像越小，画面景物越开阔；反之，视场角愈小，被摄主体成像越大，画面景物的视野越狭窄。
视场角主要受镜头成像尺寸和镜头焦距这两个因素制约。由于摄像管成像靶面在实际拍摄中是不变的固定因素，所以直接影响视场角的就是镜头焦距了。我们拍摄时一般只能通过变换不同焦距的镜头来改变视场角。
摄像机在同一距离上对同一被摄对象进行拍摄时，使用不同焦距的镜头会改变该对象在画面中的成像面积和背景范围。这实质上是由于视场角发生了相应的改变。比如，一个视场角为50°的镜头所拍得的被摄主体在画面中只有视场角为5°的镜头拍得的图像面积的1/10。镜头焦距越长，视场角越小；焦距越短，视场角越大。标准镜头（25mm镜头）所呈现的视场角大约在45°左右。广角镜头（焦距小于25mm）的水平视场角均大于60°，一般处在60°- 130°之间。130°以上到180°之间的镜头被称为超广角镜头，又称为鱼眼镜头。长焦距镜头（焦距大于25 mm ）的水平视场角小于40°。
（3）镜头的相对孔径是指镜头的入射光孔直径（D）与焦距（f）之比，其大小说明镜头接纳光线的多少。相对孔径是决定镜头透光能力和鉴别力的重要因素。
相对孔径(D/f)的倒数(f/D)被称为光圈系数(F)，被标刻在镜头的光圈环上。摄像机的镜头光圈系数分为若干档，常见的有1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、12、16、22等，相邻两档光圈F值的比值均为 ，曝光量相差一级。由于像平面照度和相对孔径的平方成正比，所以F值变化一档，相当于摄像机镜头的光通量变化一倍。在摄像时我们说开大光圈，实际上是从光圈调节环上大F值向小F值的一端运动，即减小了光圈系数值；而缩小光圈，则是从小F值向大F值一端运动，光圈系数值加大。比如，从光圈8调到光圈5.6，就是开大了光圈，光通量增大一倍，曝光值增加一级。反之亦然。
对相对孔径和光圈系数的调节，决定了镜头的光通量和镜头景深。对摄像机的镜头进行光圈选择，实质是一个曝光控制的问题。现在的摄像机通常都有手动光圈和自动光圈两种控制方式。自动光圈只能对被摄场景的曝光控制作出技术性处理，而有意识、有目的的动态用光和艺术处理只能由手动光圈才能更好的表现。在拍摄同一照度下的同一场景时，光圈越大，景深范围越小；光圈越小，景深范围越大。镜头曝光的有意图控制和不同景深的选择性运用，是摄像人员实现创作意图取得最佳画面效果的有效手段。
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