렌즈나 구면거울이 상(像)을 만들 때 렌즈 또는 거울의 면의 만곡도가 크거나 빛의 축에 대하여 큰 경사를 나타내기 때문에 물체의 상이 선명하지 못하게 되는 것을 말하며, 일반적으로 광학계에서 빛의 파장 차이로 인하여 생기는 색수차를 제외하고 나머지 모든 수차는 구면 수차에 속한다. 하지만 좁은 범위에서 구면 수차란, 광축상(光軸上)의 한 점에서 나온 광선속이 렌즈의 어느 부분을 지났는가에 따라서 광선속으로 만들어지는 상점(像點)이 다르기 때문에 일어나는 수차를 말한다. 광학계에서는 자이델의 5수차로 분류되지만, 전자광학계의 자기 장형 전자렌즈에서는 별종인 것도 생긴다. 좁은 뜻으로는 5수차 중 주광선에 대해 회전대칭인 것을 가리킨다. 특히 물점이 결상계의 대칭축(주축) 위에 있을 때를 가리키는 경우가 많은데, 이때는 5수차 중 다른 것은 일어나지 않는다. 직교면(파면) 위의 위치에 따라 영상점의 다름이 원인이므로, 물점을 나와서 광학계로 입사하는 광선이 주축과 이루는 각 u로 구별하고, 물점이 무한원에 있을 때는 입사광선과 주축과의 거리 h를 쓴다. u(또는 h)가 0인 극한의 근축광선에 의한 영상점을 Q라 하고, 일반적인 광선이 주축을 절단하는 점과 Q의 거리 △x를 세로의 구면수차, 또 Q 에서 주축에 수식으로 세운 평면을 절단하는 점과 Q 의 거리 △y를 가로의 구면수차라고 한다. u(또는 h)가 작을 때 △x는 그 제곱부터 시작하는 짝수멱급수, △y는 세제곱부터 시작하는 홀수멱급수가 된다. 볼록렌즈 1개에서는 광선이 주축을 절단하는 점이 Q의 바로 앞에 와서, △x는 음이다. 렌즈 여러 개를 조립해도 완전히 수정되지는 않으므로 특정한 u(또 는 h)에 대해서만 0이 되도록 하는 경우가 많다. 대부분의 u에 대해 △x가 음일 때는 보정부족, 양일 때 는 보정과도라고 한다. 구면수차가 없는 공역점(共役点)을 무수차점(無收差点)이라 하고 구면수차 제거의 조건과 사인조건을 합친 것을 불유계조건(不遊系條件)이라고 한다.