理想光學系統理論是在1841年由高斯提出來的，所以理想光學系統理論又稱為“高斯光學”。在各向同性的均勻介質中，理想光學系統的物像關系應具備以下特性：
圖1
1、點成點像：即對于物空間的每一點，在像空間必有一個點與之相對應，且只有一個點與之對應，這樣的兩個對應點稱為物像空間的共軛點（如圖1中的A點和A′點）。
2、線成線像：即對于物空間的每一條直線，在像空間必有一條直線與之相對應，且只有一條直線與之對應，這樣的兩條對應直線稱為物像空間的共軛線（如圖1中的BC和B′C′）。
3、平面成平面像：即物空間的每一個平面，在像空間必有一個平面與之相對應，且只有一個平面與之對應，這樣的兩個對應平面稱為物像空間的共軛面（如圖1中的PQ面和P′Q′面）。
由此推廣，如果物空間上任意一點D位于直線BC上，那么其在像空間的共軛點D′也必位于共軛線B′C′上。同樣，物空間中的一個同心光束必對應于像空間中的另一同心光束。上述這種點對點、直線對直線、平面對平面的成像，稱為共線成像。
共線成像理論是理想光學系統的基礎理論，它只是基本假設，實際中是不存在這樣的理想光學系統的。顯然，理想光學系統是實際光學系統的努力方向，所以搞清楚理想光學系統的基本特征，對尋求在某些方面接近于理想光學系統的實際系統是有益的。在設計實際光學系統時，人們常采用理想光學系統所抽象出來的一些光學特性和公式進行實際光學系統的初始計算，以使實際光學系統的設計成為可能，并使其計算得以簡化，質量得到提高。
在實際光學系統的近軸區可以滿足共線成像理論，因此，在進行光學系統設計時，往往以其近軸區的成像性質來衡量該系統的質量。