光學系統是指由透鏡、反射鏡、棱鏡和光闌等多種光學元件按定次序組合成的系統。通常用來成像或做光學信息處理。曲率中心在同直線上的兩個或兩個以上折射（或反射）球面組成的光學系統稱為共軸球面系統，曲率中心所在的那條直線稱為光軸。其中參數包括焦距、視場角、相對孔徑等。
 

　　多光譜相機光學系統可以在各個譜段內范圍內成像，可以很好的的控制雜散光，是多光譜相機重要的部分，對工作譜段范圍和分辨能力起了決定性的作用，還可以設定工作焦距、視場角大小等。
 

　　多光譜相機的反射光學系統

　　如果光學系統中的光學鏡片為反射鏡，則此系統稱之為反射系統，反射式光學系統大的優勢就在于其光譜范圍很大，對各個譜段都適用，并且不需要矯正二光譜，但是因選用的是非球面鏡片，會使系統的加工和裝配變得十分困難，增加制作工藝難度。
 

　　光譜相機的分光系統

　　對于多光譜相機來說除了光學系統以外，分光系統也十分重要，因為多光譜相機需要對各個譜段進行成像分析，終將這些圖像數據結合在起，這就要求能將光線進行分光的器件，無論采用哪種分光模式都必須滿足配準的需求。

　　早出現的分光方式是利用棱鏡或者是光柵分光，相對來說技術比較成熟，應用也比較廣泛，隨著發展也有了邁克爾遜雙光束干涉分光、offner凸光柵光譜成像系統等。