在光學領域，尤其是顯微鏡研究領域中，光學系統（如透鏡）的數值孔徑的定義為

其中n為透鏡工作介質的折射率（如空氣的折射率是1.0，純水的折射率是1.33，而油類的折射率則可達到1.56）。θ則是光進出透鏡時最大錐角的一半，或者可以表述為是從物在光軸上一點到光闌邊緣的光線與光軸的夾角。由於數值孔徑的定義中考慮了折射率的因素，因此一束光在通過平面由一種介質進入另一種時，數值孔徑仍是一個常量。這一點可以從司乃耳定律很容易地加以證明（nsinθ在界面兩側是一個常數）。

 

在空氣中，透鏡的孔徑角大小近似等於數值孔徑的兩倍（在近軸近似的條件下）。數值孔徑是相對於物或像上的特定一點而言的，因此其大小也會隨著該點的移動而改變。在顯微學領域，如不特加註明，數值孔徑一般是針對物一側而言的。

 

在顯微學中，透鏡的數值孔徑決定了其空間分辨能力，因而是非常重要的參數。光學顯微鏡的最高分辨能力與λ/2NA成正比，其中λ為光的波長。具有高數值孔徑的透鏡比具有低數值孔徑者具有更高的分辨空間細節的能力。對於同樣受限於繞射極限的光學系統而言，具有較高數值孔徑者採光更多，因而成像更為明亮，但景深亦同時較淺。值得一提的是，數值孔徑還被用於在定義光碟格式中的坑徑這一參數。參考，維基百科。