牛顿色散实验的本质是光的折射现象，光的折射是由于光从一种介质传播到不同介质时，传播方向发生改变的现象。我们日常生活中杯子里“折断”的铅笔、渔民用鱼叉捕鱼时要瞄准所看到的鱼的下方，都是由于光的折射所导致的。当光的折射发生时，同一种介质对不同颜色光的偏折能力不同，就会导致彩色光带的出现。

绝大多数光学玻璃，对红光偏折能力弱，对蓝紫光的偏折能力强，也就是对红光的折射率低，而对蓝紫光的折射率高。用具有色差的显微镜观察细胞时，观察到的细胞呈现出外圈红色、中心蓝绿等现象，这也就是我们要说的色差（Chromatic Aberration）。

由光学玻璃组成的透射式光学系统（透镜镜头）如果存在色差，将大大降低成像品质。科学家对色差的发现、理解以及对它的校正，经历了数百年的时间，乃至今日仍是光学领域的研究问题之一。

望远镜是最早出现的光学仪器之一，它的发展贯穿着光学领域的发展，这当然也包括人们对色差的研究。17世纪和18世纪早期的望远镜，由于单一透镜不均匀的折射特性，色差现象是普遍存在的。那个时代的望远镜制造商发现，焦距很长的物镜像质较好，所以在望远镜发展的早期，制造者总是尽可能地增加透镜的焦距。但是并没有人能够明确指出长焦距望远镜像质较好的原因是减小了色差。

在1666年的棱镜色散试验后，牛顿发现白光是由多种色光组成的理论使他得出结论，不同色光的折射率不同是导致产生色差的原因。这不仅是光学理论的根本进步，而且还提供了对色差的正确解释。但是牛顿过于仓促的得出结论，所有玻璃材料的折射和色散都是通过相同的线性函数相联系，故得到了透镜色差无法被校正的错误结论。相比，反射镜不存在对不同波长光线具有不同折射率的问题，当时被认为是避免色差的唯一途径。牛顿的错误，促使了第一台能与当时折射式望远镜性能相媲美的反射式望远镜的诞生。

由于牛顿在科学界的成就以及享有的盛誉，他的错误结论阻碍了折射式望远镜在后续50年里的进一步发展，直至到十八世纪，消色差物镜诞生。

了解消色差透镜的诞生就必须先了解两种类型的光学玻璃，最早光学玻璃按照氧化铅的含量，划分为冕牌玻璃和火石玻璃，低于3%的为冕牌玻璃，高于3%的为火石玻璃。后来，随着玻璃种类的增多改用折射率和色散系数划分，冕牌玻璃折射率通常小于1.6，色散系数（也称阿贝数，数值越大，色散越小）大于50，火石玻璃则相反。

1729年，英国律师与发明家切斯特·摩尔·霍尔（Chester Moor Hall）提出了消色差双合透镜的基本理论，他发现用做工艺品的火石玻璃与做透镜的冕牌玻璃，它们对于光线的折射特性不同。用冕牌玻璃做会聚光的凸透镜，火石玻璃做发散光的凹透镜，可以使色差在一段特定的波长范围内得到有效降低。

霍尔在伦敦配镜师处做了一些这样的透镜，1733年，第一架直经65 mm、焦距500 mm的消色差透射式望远镜问世了。

消色差透镜的应用在光学显微镜和望远镜的发展中是很重要的一个进步。如今，常用的各种照相设备在镜头设计过程中，色差校正的是否完善是重要的考核指标，色差表现也在一定程度上决定着镜头的价格。最常见的例子就是某些镜头在产品介绍时说采用了萤石（CaF₂）透镜设计，具有良好的色差校正品质，这是由于萤石的色散比较低，它其他物理参数也决定着该材料制造的透镜更有利于色差校正，萤石的价格又相对较贵，因此这种消色差镜头的价格也就更加昂贵。

随着像差理论的发展与完善、光学玻璃种类的丰富以及计算机辅助设计技术的普及，消色差光学系统的设计与实现已有了非常大的进步，消色差透镜也已经随处可见，小至手机镜头、相机镜头、投影仪、便携式望远镜，大到天文望远镜。

目前消色差技术已不仅仅局限于消色差透镜组，二元光学元件、超透镜等新技术也在色差校正中大显身手。

二元光学元件是以光的衍射为工作原理，利用计算机辅助设计、并采用超大规模集成电路制造工艺，在光学元件表面刻蚀产生不同台阶深度的浮雕结构，形成具有极高衍射效率的衍射光学元件。不同于普通透镜，二元光学透镜的焦距同波长成反比，色散所得到的彩带顺序也与相同材料的透镜相反，因此光学系统可以通过引入二元光学元件的方法消除色差。

超透镜是由大量微型单元在二维平面上按照一定方式排布而成的二维平面透镜结构，其体积极小，重量轻，易于集成，可实现对入射光束各种属性的灵活调控，进而实现消色差的目的。

得益于色差理论的发展，如今普通需求的影像已不再受色差所困扰，我们拍摄到的影像也更加丰富真实。