从时间来看大约包括17、18两个世纪，在这期间建立了光的反射定律和折射定律，为几何光学奠定了基础，成为光学的转折时期。
为了扩大人眼的观察能力，最早一具单筒望远镜可能是出自于韦塞尔的未德尔堡的眼镜制作师汉斯·利佩尔兹海之手，他曾在1608年10月申请专利权，并于1609年制成双筒望远镜。他所用的透镜是用水晶制造的。
同一时期，第一架显微镜是由荷兰的约安尼代斯和他父亲发明的，起初是用凸目镜和凹目镜制成的。后来，那不勒斯的冯坦纳将凹目镜改为凸的，为生物学的研究提供了强有力的工具。不久英国的哈里奥特制成了放大50倍的望远镜。1609年意大利物理学家伽利略也制成了用凸透镜做物镜，用凹透镜做目镜的伽利略天文望远镜（放大倍数为30倍）第一次指向天空，发现月球表面并非完美无缺，而是有高山和平原，同地面结构相似，并于1610年1月7日观察到了木星的4个卫星，它们围绕木星转动，就像一个小的太阳系，证明了哥白尼日心说的正确性，同时还发现了银河系是由无数星星组成的。由于这一系列惊人的发现，揭开了千古哑谜，伽利略被誉为是“天空的哥伦布”。
