Im leeren Raum breiten sich Lichtstrahlen geradlinig aus. Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie krümmen Massen die Raum-Zeit und Lichtstrahlen, die den kürzesten Wegen in dieser Geometrie folgen, erscheinen dadurch abgelenkt.

Da das Licht ein und desselben kosmischen Objekts auf mehreren verschiedenen Wegen zu einem Beobachter gelangen kann, sieht dieser dann entsprechend verformte, vergrösserte oder vervielfachte Bilder des Objekts am Himmel. Massen, die in dieser Weise ähnlich wie eine optische Linse wirken, heißen Gravitationslinsen. Der Effekt ist um so grösser, je massereicher die Linse ist.

In der heutigen Astrophysik können als Linsen Sterne, Schwarze Löcher, Galaxien und ganze Galaxienhaufen dienen.