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Une lentille épaisse est une lentille dont l'épaisseur n'est pas négligeable devant les rayons de courbure de ses faces, c'est-à-dire qu'on ne peut pas la considérer comme une lentille mince. La prise en compte de l'épaisseur dans les calculs nécessite d'utiliser les systèmes centrés. Les foyers objet et image sont notamment définis à partir des plans principaux.
Dans les conditions de Gauss, une lentille épaisse sphérique peut être modélisée par un système centré de points principaux objet et image . Compte tenu du fait que la lentille est plongée dans un seul et même milieu, les points nodaux objet et image sont confondus avec les points principaux respectivement et .
Un rayon incident dans une direction donnée qui passe le centre optique ressort de la lentille dans la même direction.
et étant les sommets des faces d'entrée et de sortie de la lentille, la position des points principaux et sont définies par[1] :
La vergence de la lentille s'exprime[1] :
Les distances focales objet et image sont égales en valeur absolue : .
La relation de conjugaison qui relie la position de l'objet sur l'axe optique principal et celle de son image est la même que celle du système centré[1] :
Les positions et sont définies par rapport aux points principaux, et non par rapport au centre optique comme cela devient le cas dans la simplification effectuée pour les lentilles minces.
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