Опыты и расчёты показывают, что между расстоянием d от предмета до линзы, расстоянием ƒ от линзы до изображения и фокусным расстоянием линзы F существует соотношение, которое называют формулой тонкой линзы:
В этой формуле расстояние до изображения берут со знаком «плюс», если изображение действительное, и со знаком «минус», если изображение мнимое. Фокусное расстояние собирающей линзы берут со знаком «плюс», а рассеивающей — со знаком «минус».
Используя формулу тонкой линзы, можно найти, например, расстояние до изображения, если известно расстояние от линзы до предмета и фокусное расстояние линзы:
