A objetiva de um telescópio refletor é um espelho de superfície côncava e esse espelho é chamado de espelho primário ou espelho principal. Este espelho é feito em blocos de vidro e sobre a superfície côncava é depositada uma camada de alumínio, a metalização. É essa camada a responsável pela reflexão da luz. Alem do espelho primário existe um outro espelho menor chamado de espelho secundário. A grande vantagem dos telescópios refletores é a ausência de aberração cromática. A luz não atravessa o vidro, o como ocorre nos refratores, e sim refletida pela superfície côncava do espelho. Uma outra vantagem é a dimensão desses telescópios. Os refletores apresentam objetivas de maior diâmetro e o comprimento do tubo do telescópio é bem menor de comparado com os refratores. Por outro lado nos refletores ocorre uma maior perda de luz. A metalização não reflete 100 % da luz ( cerca de 5 à 10 % é absorvida ) e o espelho secundário com seu suporte provocam mais uma perda por obstrução. Essa perda varia de acordo com a dimensão do secundário.

Este telescópio possui como objetiva um espelho côncavo localizado na parte inferior do tubo. O espelho primário capta a luz dos objetos formando a imagem no foco. Pouco antes do foco existe um outro espelho de proporções menores e de superfície plana, chamado de espelho secundário. Localizado na parte posterior do tubo o secundário é sustentado por um suporte de três hastes chamado de aranha. Este espelho apresenta uma inclinação de 45 graus em relação ao eixo óptico do sistema e reflete os raios luminosos para a lateral do tubo. Nesta posição encontramos a lente ocular com o dispositivo de focalização. No ano de 1672 o físico inglês Isaac Newton inventou um novo tipo de telescópio que mais tarde ficou conhecido como telescópio Newtoniano. Como os refratores apresentavam o grave problema da aberração cromática, Newton sugeriu a utilização de um espelho côncavo no lugar de uma lente objetiva. Os raios luminosos refletidos pela superfície do espelho não são decompostos, pois não passam por um meio mais denso ( como de uma lente ) eliminando assim aberração cromática. Além de apresentar ótimas imagens o newtoniano possui uma dimensão bem mais reduzida se comparado com os refratores. Um refrator de 150 mm de diâmetro possui uma distância focal em torno de 2000 mm. Já um newtoniano de mesmo diâmetro possui uma distância focal por volta de 1100 mm. No inicio os construtores de telescópios confeccionavam os espelhos em blocos de metal. Um desses construtores foi o astrônomo Willian Herschel que foi também o descobridor do planeta Urano.

Por apresentar uma óptica muito mais complexa que o newtoniano, o telescópio Cassegrain é de difícil construção e de preço mais elevado. Este telescópio possui um espelho primário de pequena distância focal, portanto de superfície parabólica. Possui também um orifício central por onde passam os raios luminosos. Seu espelho secundário possui uma superfície convexa e de forma hiperbólica de difícil confecção. Ao captar a luz de um objeto o espelho primário reflete os raios luminosos para o espelho secundário. Este espelho possui a sua superfície voltada para o espelho primário e reflete a luz novamente para o espelho principal passando pelo orifício central. Logo atrás encontramos a ocular e o dispositivo de foco. Portanto no telescópio Cassegrain a observação é feita de modo semelhante a uma luneta e não perpendicular ao tubo como no Newtoniano. O telescópio Cassegrain foi inventado pelo francês Guillaume Cassegrain no ano de 1672 exatamente na mesma época em que Newton apresentava seu telescópio. Isaac Newton declarou que este tipo de óptica não apresentava nenhuma vantagem se comparado com seu telescópio. Entretanto o Cassegrain apresenta muitas vantagens. Uma delas é o pequeno comprimento do tubo, pois enquanto um Newtoniano de 2 metros de distância focal possui de um tubo de aproximadamente 2 metros, um Cassegrain com as mesmas características possui um tubo que não ultrapassa 1 metro de comprimento. Esta característica se deve ao espelho secundário que multiplica em algumas vezes a distância focal do espelho primário.

Cassegrain Clássico : óptica original desenvolvida por Guillaume Cassegrain onde o espelho primário é parabólico e o espelho secundário de forma hiperbólica.

Cassegrain Pressman-Camichel : nesta óptica o espelho primário é esférico e o secundário com superfície esferóide sendo a óptica Cassegrain de mais fácil construção. Mas esta óptica apresenta coma que compromete o desempenho do instrumento em fotografias de regiões extensas do céu.

Cassegrain Ritchey-Chrétien : variação mais complexa com ambos os espelhos de superfície hiperbólica. Com esta óptica o telescópio possui grande correção da coma mas apresenta forte curvatura de campo.

Cassegrain Dall-Kirkham : óptica muito utilizada onde o espelho secundário é esférico e o primário de superfície elíptica. Esta superfície elíptica corresponde a uma parábola mais leve, variando de 75 a 85 % de uma superfície parabólica.

Por ser um telescópio muito utilizado tanto por astrônomos amadores e profissionais, a óptica Cassegrain apresenta diversas variações. Algumas variações estão nas superfícies dos espelhos primário e secundário. Em alguns sites de astrônomos amadores, listas e fóruns de discussão de astronomia existem a informação errada de que o Cassegrain Dall-Kirkham é uma óptica ruim e que possui uma coma exagerada. A coma só é prejudicial quando o telescópio é feito para visualizar uma grande área do céu e esse problema aparece principalmente em fotografias. Para essa finalidade ( registrar áreas extensas do céu ) existe ópticas apropriadas como é o caso da Câmera Schmidt. Todo telescópio comum ( refrator, newtoniano, cassegrain, gregoriano, catadióptricos e etc ) trabalha com campos de visão pequenos, pois o objetivo é ampliar o objeto para a visualização de detalhes, ou seja, os telescópios de uso comum trabalham com uma área pequena do céu. Neste caso a coma do Dall-Kirkham é inexistente e o resultado é um telescópio de excelente qualidade.

A óptica Dall-kirkham é abordada em muitas literaturas sobre construção de telescópios e existem alguns fabricantes, de telescópios, que adotam essa óptica como é o caso da empresa Takahashi.

Mas todas estas variações na óptica Cassegrain são notadas apenas por meio de instrumentos apropriados que permitem analisar as superfícies dos espelhos. Um amador dificilmente saberá distinguir uma óptica da outra, pois a aferição destas superfícies requer experiência e habilidade do construtor. Temos ainda duas outras variações do Cassegrain muito utilizadas, os chamados focos Coudé curto e longo. No Cassegrain de foco Coudé curto temos a adição de um terceiro espelho de superfície plana que é colocado na frente do espelho primário. Este espelho é sustentado por um suporte semelhante ao utilizado para apoiar o secundário do newtoniano, um suporte com uma base de 45 graus. A luz captada pelo espelho primário é refletida para o secundário. O espelho secundário reflete os raios luminosos novamente na direção do espelho primário, encontrando o espelho plano. Este espelho plano reflete a luz na direção do tubo do telescópio passando por um orifício onde é fixado o focalizador e a ocular. Neste telescópio a observação é feita na lateral do tubo como no telescópio Newtoniano. No newtoniano o focalizador é colocado na extremidade superior do tubo enquanto que no Cassegrain de foco Coudé curto este dispositivo é fixado nas proximidades da extremidade inferior do tubo onde fica o espelho primário. Neste tipo de óptica não é necessário furar o centro do espelho principal, pois a luz não precisa passar pelo espelho. Por este motivo esta óptica é a preferida de muitos construtores de telescópios, pois o orifício do espelho principal é uma tarefa difícil que exige habilidade dos construtores. Por outro lado a adição de mais um espelho exige um ótimo alinhamento de todos os componentes ópticos para que o telescópio funcione corretamente.

O Cassegrain de foco Coudé longo é muito semelhante ao Coudé curto. Neste telescópio o espelho primário é furado como no Cassegrain tradicional. Os raios luminosos captados pelo espelho primário são refletidos para o espelho secundário. O secundário reflete estes raios luminosos na direção do espelho principal passando pelo orifício central encontrando o espelho plano. Este último espelho reflete a luz para a lateral do tubo onde temos o focalizador e a ocular.

O Cassegrain de foco Coudé longo é ainda mais complexo que o Coudé curto, pois o espelho principal possui o orifício central. Assim como o curto, o Coudé longo também exige um excelente alinhamento da óptica.

Como a observação é feita na lateral do tudo estes telescópios apresentam a mesma comodidade de observação do Newtoniano. Essas ópticas eliminam também o prisma zenital um acessório muitas vezes difícil de encontrar.

O telescópio Gregoriano também se caracteriza como um telescópio de difícil construção assim como o Cassegrain. Este instrumento também possui um espelho primário de distância focal curta e com um orifício central. A diferença principal em relação ao Cassegrain está no espelho secundário que possui uma superfície côncava e de forma elíptica.

A superfície do secundário também é voltada para o espelho principal, porém ele é colocado depois do foco do espelho primário e não antes do foco como no Cassegrain. Assim o telescópio Gregoriano possui um tubo com um comprimento maior se comparado com um Cassegrain com as mesmas características. O seu secundário também possui um fator de amplificação tornando este instrumento um telescópio de grande distância focal como o Cassegrain.

O telescópio Gregoriano foi aperfeiçoado pelo escocês James Gregory no ano de 1644 como uma óptica alternativa aos refratores que na época apresentavam desempenhos limitados. Contudo o telescópio Gregoriano não é tão popular como o Newtoniano e o Cassegrain que são os preferidos pelos amadores e construtores de telescópios.