Para procedermos ao estudo analítico do processo de formação de imagem numa  lente, vamos estudar a imagem de um objeto puntiforme diante de um dioptro esférico.  Os dois meios transparentes serão assumidos possuindo índices de refração  e  e separados por uma superfície esférica de raio R.  O objeto está no ponto O e a imagem se formará no ponto I o qual se encontra no eixo passando pelo centro de curvatura C e o objeto O.  As coordenadas da imagem I e do objeto são p e .

Consideremos primeiramente um raio incidente proveniente de O formando um ângulo  com a horizontal e  com a normal à superfície.  Este raio é refratado formando um ângulo  com a normal e um ângulo  com a horizontal. O conjunto de raios refratados formará a imagem em I do objeto.

Admitiremos que todos os ângulos são pequenos e que, portanto, as seguintes aproximações são válidas:

De acordo com a Lei de Snell teremos

 .

Admitindo que os ângulos são pequenos, teremos uma relação simples entre os ângulos  e :

  .

Lembramos agora que num triângulo qualquer um ângulo exterior é igual à soma dos ângulos interiores opostas à ele.  Se aplicarmos esse resultado para os triângulos OPC e IPC podemos afirmar que valem as relações

Usando a Lei de Snell para ângulos pequenos e substituindo  e por esses valores temos

  .

Utilizando a seguir as aproximações mostradas acima para , e teremos

   .

Vemos, assim, que essa equação tem uma certa semelhança com a equação para os espelhos.  A convenção dos sinais das coordenadas é a seguinte:

            p  é positivo se o objeto estiver na frente da superfície (objeto real)
            p  é negativo se o objeto estiver atrás da superfície (objeto virtual)
              é positivo se a imagem estiver atrás da superfície (imagem virtual)
              é negativo se a imagem estiver na frente da superfície (imagem real)
            R  é positivo se o centro de curvatura estiver atrás da superfície
            R  é negativo se o centro de curvatura estiver na frente da superfície.