Das Auge sieht, indem einfallendes Licht durch die Augenlinse auf einen stecknadelgroßen Punkt auf der Netzhaut, die so genannte Makula, zusammengeführt wird.  Es entsteht ein stark verkleinertes, auf dem Kopf stehendes Abbild des Betrachteten. In der Netzhaut ist die Fläche für farbiges Sehen dabei viel kleiner als jener für das Hell-und-Dunkel-Sehen. Auch kann nicht jedes Licht wahrgenommen werden. So sieht der Mensch z. B. kein UV- oder Infrarot-Licht. Der für das menschliche Auge sichtbare Bereich liegt im so genannten Lichtspektrum, in einem Wellenbereich von ca. 380 nm bis 760 nm.

Die Brechkraft des gesamten optischen Systems misst man in Dioptrien. Beim Eintritt ins Auge wird das Licht mehrmals gebrochen. Die erste Lichtbrechung findet an der Hornhaut statt (ca. 43 dpt). Die dahinter liegende Linse kann sich verformen und so ein scharfes Bild des gerade betrachteten Gegenstandes in der Nähe erzeugen. Ändert sich die Brechkraft einzelner Augenteile oder weicht die Größe des Auges von der Norm ab, kann der Mensch nicht mehr in allen Entfernungen scharf sehen (siehe Fehlsichtigkeit).

Auf der Netzhaut im Auginneren befinden sich lichtempfindliche Zellen, die die Lichtreize von außen aufnehmen und auswerten. Diese Photorezeptoren (Zäpfchen und Stäbchen) sind im Zentrum dichter und in der Peripherie weiter gestreut. Die Stelle des schärfsten Sehens ist ein 1,5 mm großer Punkt auf der Netzhaut, die sogenannte Fovea centralis.

Das Sehen ist aber kein starrer Vorgang. Das Auge ist in ständiger Bewegung. Um einen Gegenstand als Gesamtes zu sehen und ein ruhendes, scharfes Bild zu erhalten, setzt das Auge das Betrachtete aus vielen Einzelbildern zusammen. Dabei werden verschiedene Seheindrücke durch unbewusste Bewegungen des Auges registriert.

Letztlich leitet der Sehnerv die so wahr genommenen Reize an das Gehirn weiter. Dort werden die vom Auge stammenden Informationen schließlich als Bilder wahrgenommen und das Betrachtete wird bewusst erkannt.