Os espelhos esféricos são superfícies refletoras, podendo ser côncavos (quando a face refletora está voltada para o interior da esfera) ou convexos (quando a face refletora está voltada para o exterior). Esses dispositivos ópticos permitem estudar com clareza o comportamento dos raios e feixes de luz e as leis da reflexão, além de evidenciar fenômenos importantes como a convergência e a divergência da luz.
De acordo com as leis da reflexão, todo raio de luz que incide sobre uma superfície refletora obedece às seguintes condições: O raio incidente, o raio refletido e a normal ao ponto de incidência pertencem a um mesmo plano. O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Essas leis são válidas para qualquer espelho, seja plano, côncavo ou convexo. Entretanto, nos espelhos esféricos, a curvatura da superfície faz com que os raios se comportem de maneira característica, originando fenômenos de focalização. No espelho côncavo, os raios paralelos ao eixo principal refletem-se convergindo para um ponto denominado foco. Essa propriedade faz com que o espelho côncavo seja chamado de espelho convergente. A distância entre o vértice (V) e o foco (F) é chamada distância focal (f), e está relacionada ao raio de curvatura (R) por meio da relação aproximada f ≈ R/2.
Esse tipo de espelho é capaz de formar imagens reais ou virtuais, ampliadas ou reduzidas, dependendo da posição do objeto em relação ao foco e ao centro de curvatura. Os espelhos côncavos são usados em refletores, telescópios, holofotes e em espelhos de maquiagem, por concentrarem a luz e permitirem a ampliação de imagens próximas. Já o espelho convexo apresenta comportamento oposto: os raios paralelos ao eixo principal refletem-se de forma divergente, como se tivessem origem em um ponto virtual situado atrás do espelho — o foco virtual. Por isso, o espelho convexo é denominado espelho divergente. Nesse caso, a imagem formada é sempre virtual, ereta e reduzida, independentemente da posição do objeto.
A mesma relação f ≈ R/2 é válida, embora o foco esteja localizado virtualmente atrás da superfície refletora. Os espelhos convexos são empregados em retrovisores e sistemas de segurança, por oferecerem um campo de visão mais amplo devido à divergência dos raios refletidos.