菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面）拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。
从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。
每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球形像差。
简单地说，菲涅尔透镜一面是平坦的，另一面是凸起的。人们首次使用菲涅尔透镜是在18世纪初，当时它被用在灯塔的探照灯上，聚焦射出来的光束。
当人们需要一面又薄又轻的透镜时，塑料菲涅尔透镜便派上了用场，尽管成像质量不如玻璃透镜，但是在很多应用中我们并不需要完美的图像质量。
菲涅尔透镜的原理基于菲涅尔波带片，菲涅尔波带片具有类似透镜的作用，它可以使入射光汇聚起来，产生极大的光强。
菲涅尔透镜背后的基本思想很简单，想象一下，取一面塑料放大镜并将其切成一百个同心圆环（就像树的年轮）薄片。每个圆环都比旁边的圆环稍微小一点，并将光会聚到中心。
现在，取出并修改每一个圆环，使其一边平坦并且与其余圆环等厚，为了保持圆环向中心会聚光线的能力，各个圆环的斜面的角度将有所不同。
现在，若将所有圆环堆叠在一起，就可以得到一面菲涅尔透镜了，当然也可以将透镜做得特别大，大型菲涅尔透镜经常用作太阳能聚光器。
