菲涅爾透鏡的工作原理十分簡單：假設一個透鏡的折射能量僅僅發生在光學表面（如：透鏡表面）拿掉盡可能多的光學材料，而保留表面的彎曲度。
?
從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。
每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。
簡單地說，菲涅爾透鏡一面是平坦的，另一面是凸起的。人們首次使用菲涅爾透鏡是在18世紀初，當時它被用在燈塔的探照燈上，聚焦射出來的光束。
當人們需要一面又薄又輕的透鏡時，塑料菲涅爾透鏡便派上了用場，盡管成像質量不如玻璃透鏡，但是在很多應用中我們并不需要完美的圖像質量。
菲涅爾透鏡的原理基于菲涅爾波帶片，菲涅爾波帶片具有類似透鏡的作用，它可以使入射光匯聚起來，產生極大的光強。
菲涅爾透鏡背后的基本思想很簡單，想象一下，取一面塑料放大鏡并將其切成一百個同心圓環（就像樹的年輪）薄片。每個圓環都比旁邊的圓環稍微小一點，并將光會聚到中心。
現在，取出并修改每一個圓環，使其一邊平坦并且與其余圓環等厚，為了保持圓環向中心會聚光線的能力，各個圓環的斜面的角度將有所不同。
現在，若將所有圓環堆疊在一起，就可以得到一面菲涅爾透鏡了，當然也可以將透鏡做得特別大，大型菲涅爾透鏡經常用作太陽能聚光器。
