从几何作图的角度看，凹透镜的成像原理与凸透镜有相似原则。假设物体顶端发出两条光线：一条平行于主光轴，经过凹透镜后会向外发散，此时若反向延长这些发散光线，它们会指向主焦点；另一条光线则通过透镜的光学中心点。这两条光线的反向延长线最终相交的位置，就形成了物体的虚像。这种作图方法直观展示了凹透镜成正立、缩小虚像的特点。
凹透镜的光线是如何变化的？
凹透镜成像的变化规律可以总结为：当物体靠近透镜时，像的位置也会靠近透镜，同时像的尺寸会略微增大；而当物体远离透镜时，像的位置随之远离，尺寸则进一步缩小。需要注意的是，无论物距如何变化，凹透镜始终只能形成正立且缩小的虚像，这与凸透镜的成像规律存在本质差异。
对于虚物距离超过一倍焦距但小于两倍焦距的情况，凹透镜会产生倒立且放大的虚像，此时像与物分处透镜的两侧。有趣的是，当虚物距离等于两倍焦距时，成像会变成与物体大小相同的倒立虚像，而如果虚物距离超过两倍焦距，则会呈现倒立且缩小的虚像，这两种情况下像的位置都在透镜另一侧。
光线在通过凹透镜前原本会向上或向下传播，经过透镜后继续保持发散状态，所以会出现向上折射的现象。比如原本向上的光线经过凹透镜后，由于发散作用，折射方向会变得更加明显。如果入射光线原本是向下的，那么在没有透镜的情况下会聚集到焦点，但经过凹透镜后就会转变为平行光，这种发散特性是凹透镜的基本光学特征。
厚弯月形凹透镜的光学特性更为复杂。当透镜厚度较大时，其结构可能等效于伽利略望远镜系统；而当厚度进一步增加时，反而可能表现出正透镜的特性。这种特殊形态的凹透镜在实际光学系统中需要根据具体厚度和曲率参数进行详细分析。
针对虚物成像的情况，当虚物位于凹透镜一倍焦距以内时，会形成正立且放大的实像，此时像与物位于透镜的同一侧。而当虚物恰好处于一倍焦距位置时，成像位置将趋向无穷远处，这意味着光线经过透镜后完全平行，无法在有限距离内汇聚成像。