В зависимост от оптическата система телескопите се делят на три главни групи: рефрактори (лещови), рефлектори (огледални) и т.нар. катадиоптрични (огледално-лещови).

Как работи телескопът? Телескопът е оптична система, която се състои от два основни елемента - обектив и окуляр. Светлината, идваща от обекта постъпва в обектива, пречупва се или се отразява от него, придобива формата на сходящ сноп (конус) и се събира, като създава образ на обекта в т.нар. фокална равнина (във фокуса). Чрез използването на окуляр сходящият сноп светлина се преобразува в успореден, който попада в окото на наблюдателя.

Рефракторите са телескопи, при които главният оптически елемент - обективът е леща, намираща се в предния край на тръбата. Според това, какъв тип окуляр имат, рефракторите се делят на две системи, носещи имената на Галилей и на Кеплер. 
 

Смята се, че първите далекогледни тръби са изобретени в началото на XVII век в Холандия. Скоро от това откритие се заинтелесовал Галилей, който за първи път го използвал за астрономически наблюдения. Това станало на 7 януари 1610 г., а първите наблюдавани обекти били Луната и близкия да нея Юпитер. 

Първият телескоп бил дървен, обвит с хартия, обективът бил плоско-изпъкнала леща и имал фокусно разстояние около 980mm и диаметър около 16mm. Окулярът бил от двустранно вдлъбната леща и давал увеличение около 20 пъти. Окулярът бил в малка тръбичка, чрез която се фокусирало. Стъклото за лещите било некачествено, с много въздушни мехурчета и със синкав оттенък. С този телескоп можело да се наблюдава площ само около 1/4 от лунната повърхност. След първите си наблюдения Галилей изработва и други телескопи, два от които са запазени и до днес.

При галилеевата система окулярът е малка разсейвателна (отрицателна, "вдлъбната") леща, разположена пред фокалната равнина на обектива. Тя "изправя" светлината идваща от обектива в успореден сноп, който се разглежда от окото. Основно предимство на този вид рефрактори е, че те дават прав образ след окуляра и могат да се използват за земни наблюдения. Но за сметка на това зрителното поле е много малко, особено при по-големи увеличения и откриването на обектите става трудно. Затова тази система има съвсем ограничено практическо приложение - използва се, например, при малките театрални бинокли.
 

Година след първите наблюдения на Галилей Йохан Кеплер описва друга телескопична система, при която окулярът е събирателна (положителна, "изпъкнала") леща. Тук окулярът играе ролята на лупа - през него се разглежда образът на обекта, създаден от обектива във фокалната равнина. Тъй като този образ е обърнат, окулярът разглежда обърнат образ, такъв той се възприема и от окото на наблюдателя. Поради по-високото качество на образа и по-голямото зрително поле в астрономията се използват рефрактори от този тип, а това, че образа е обърнат не е от значение. По същество всички бинокли и зрителни тръби са кеплерови рефрактори, в които е включен и елемент, изправящ образа - призми или лещи.

За подобряване на качеството на изображението обективите на рефракторите се правят от няколко, обикновено слепени лещи (например положителна-отрицателна-положителна). Такива обективи се наричат ахромати, апохромати и др. За намаляване на загубата на светлина и избягване на отраженията от стъклените повърхности върху обективите и окулярите се нанася специално антирефлексно покритие. Този процес се нарича просветляване. 

Основни предимства на рефракторите са яркият и контрастен образ и затворената тръба. Недостатъци са високата цена и трудната изработка на обективите, както и наличието на хроматична аберация поради различното пречупване на светлината с различна дължина на вълната. Все пак между добър 100mm рефрактор и 150mm рефлектор изберете първия.

Най-големият в света рефрактор се намира в Йеркската обсерватория, близо до Чикаго и има диаметър на обектива 102 cm. Трудностите при изработването и монтирането на големи лещи за телескопи били много. Освен това дебелите стъклени обективи поглщали голяма част от светлинния поток. Поради тази причина се наложило да се търсят други системи телескопи.

Рефлекторите са телескопи, при които главният оптически елемент - обективът е вдлъбнато огледало, намиращо се на "дъното" на тръбата. Светлината, идваща от обекта се отразява от обектива,  придобива формата на сходящ сноп (конус) и се събира, като създава образ на обекта в т.нар. фокална равнина (във фокуса). По принцип в оптическата схема на рефлекторите са включени и допълнителни (вторични) огледала за извеждане на образа на удобно за разглеждане място. Има различни системи рефлектори, но масово от любителите се използват само няколко от тях.
 

Идеи за създаването на огледални телескопи имало още по времето на Галилей, но едва през 1668 г. Исак Нютон създава първия действащ рефлектор - малко телескопче с диаметър на огледалото 2.5 cm и фокусно разстояние 16cm. Днес това е най-разпространеният сред любителите тип телескоп. 

Обективът на рефлекторите система Нютон представлява вдлъбнато параболично огледало. Отразената от него светлина се фокусира в една точка по оптичната ос на обектива. За да бъде улеснен достъпът до фокуса се използва второ, по-малко плоско огледало, чрез което светлината се отвежда към окулярния възел. Изискванията към огледалата са точността на повърхността им да не е по-малко от 1/8 от дължината на вълната на светлината (0.00007mm). Ако това условие е спазено телескопа ще дава достатъчно добър образ за визуални и фотографски наблюдения. Такива са изискванията и към диагоналното огледало. При определени параметри на телескопа се допуска главното огледало да бъде сферично - например при относителен отвор над f/10 до f/7 разликата между параболата и сферата е по-малка от 1/8 от дължината на вълната. Поради тази причина много от по-евтините любителски телескопи се правят с относителен отвор f/10, при което се избягва допълнителната параболизация на огледалото. При използване на параболично огледало се избягва сферичната аберация, но по края на полето се проявава астигматизъм и кома. В последните години все по-често съм оптичната система се прибавя и т.нар. коректор на комата. Той представлява двукомпонентна леща, разположена в областта на окулярния възел.

Отражатерното покритие на огледалата е от чист алуминий, който се нанася чрез изпаряване в специална вакуумна камера. При окисляването си алуминият си създава предпазен прозрачен окисен слой. Въпреки това върху алуминизираната повърхност се нанася допълнително защитно покритие, което предпазва огледалото много по-добре и за по-дълго време.

И двете огледала са монтирани на специални държачи с юстировъчни винтове, чрез които се настройва (юстира) положението им спрямо оптичната ос. Важно изискване, особено към държача на главното огледало, е той да е така направен, че да не позволяват изкривяването и провисването на огледалото от собсваната му тежест. Особеност на този вид телескопи, породена от начина на движение на лъчите в тръбата е, че окулярният възел се намира в горния край на тръбата. На пръв поглед това е непривично за телескоп, но е много удобно - окулярът е на нивото на очите и не се налага използването на допълнителна изправяща (зенитна) призма.

Някои от предимствата на рефлекторите система Нютон са, че тази оптична схема е евтина и лесна за изработка дори в любителски условия, могат да се правят сравнително големи и светлосилни телескопи (f/4 до f/8), дава светъл образ, наблюдението се извършва удобно и температурната адаптация на оптиката в отворената тръба е по-бърза. Като недостатъци могат да се посочат отворената тръба, лесния достъп до огледалните повърхности и опасност от напрашването и нараняването им, както и намаляване на контраста на изображението, поради това, че диагоналното огледало "засенчва" част от главното. Освен това държача на диагоналното огледало създава т.нар. дифракционна картина на образа във вид на лъчи.

Днес телескопи система Нютон се използват практически само от любителите - астрономи.
 

Все по същото време били изнамерени и телескопи с други оптични схеми. При рефлекторите система Грегори лъчите, отразени от главното огледало попадат в по-малко вдлъбнато елипсовидно огледало, откъдето се насочват към окуляра. Той се намира зад главното огледало и затова в него е направен отвор. Това двойно отразяване на светлината води до възможността за намаляване на дължината на тръбата при сравнително голямо фокусно разстояние - вторичното огледало удължава фокусното разстояние на цялата система. Така тази система позволява по-големи увеличения в сравнение със система Нютон при по-малка дължина на тръбата. Тъй като вторичното огледало се намира след фокалната равнина на главното, образът създаден след окуляра е прав. Недостатък на този вид телескопи е необходимостта от изрязване на отвор в средата на главното огледало, което е съпроводено с определени трудности и рискове.

Рефлекторите система Касегрен са подобни по действие на тези от система Грегори. При тях светлината, отразена от параболичното главно огледало се отразява още веднъж от вторично хиперболично огледало и се насочва към центъра на първото. Както и при система Грегори, със смяна на вторичното огледало с друго с различно фокусно разстояние може да се промени фокусното разстояние на цялата система без забележима промяна на размерите на тръбата (подобно на лещата на Барлоу). Освен това то помага и до отстраняване на сферичната аберация. Малките размери на тръбата позволяват използването на компактна вилкова монтировка. Тази, както и следващите системи телескопи са със сравнително малка светлосила (f/8 до f/12), което ги прави малко неподходящи за наблюдение на незвездни обекти (мъглявини, галактики), но удобни при наблюдения на планети и за астрофотография. 

Стремежът да се доведат до минимум всевъзможните оптични аберации на рефракторите и рефлекторите е довел до създаването на комбинирани огледално - лещови телескопи. В тези инструменти функциите на огледалата и лещите са разделени така, че огледалата да формират образа, а лещите да коригират изкривяванията, които огледалата създават.
 

За да се получи свободно от аберации изображение по оста на системата и при използването на сферично главно огледало Д.Максутов добавя ахроматичен мениск. Неговата сферична аберация компенсира напълно сферичната аберация, създадена от главното огледало. Това, че всички повърхности са сферични е много удобно при серийно производство. Въпреки това тази система не е много разпространена поради високите изисквания към мениска - еднородност на стъклото, точни геометрични размери, трудности при контрола на повърхнините и юстирането. 

Друго преимущество на тази система е, че при промяна на положението на мениска спрямо главното огледало може да се отстрани комата. Но за да се достигне това се налага удължаване на тръбатадо два пъти. На практика мениска са постава така, че към него да може да се монтира държача на диагоналното огледало. Така комата остава, но в степен не по-голяма, отколкото при обикновените телескопи система Нютон.

Този вид телескопи е развитие на система Касегрен. При него главното параболично огледало е заменено със сферично, а за да се компенсира сферичната аберация, създадена от него се използва стъклена пластина със специална форма. На пръв поглед тя прилича на обикновена стъклена пластина, но с много слаб релеф - по краищата е като отрицателна леща, а в средата като положителна. Тази пластина се слага на входа на тръбата, преди вторичното огледало, като по този начин я затваря и предотвратява турболенцията в нея. Такива са много от съвременните любителски телескопи, произвеждани на запад. 

Както и Шмидт - Касегрен тази система е усъвършенстване на система Касегрен. Тук за компенсатор на сферичната аберация от главно (сферично) огледало към оптическата схема е добавен дебел мениск. Вторичното огледало е закрепено в средата на мениска, а в много случаи се прави компромис с пълното отстраняване на сферичната аберация и то просто е направено чрез алуминизиране на централната част на мениска. Много от дългофокусните огледални фотообективи са изработени по тази система, например руските МТО и Астрорубинар.