フライアイレンズは多数の小さな凸レンズが集まった構造を持ちます。各小さな凸レンズは同じ焦点距離や直径を持ち、規則的に並んでいます。また、各小さな凸レンズは互いに隣接しており、隙間がありません。このようにして、フライアイレンズは一つの大きなレンズとして機能します。フライアイレンズの光学原理は、各小さな凸レンズが光を収束させて再び拡散させることによって成り立っています。フライアイレンズに入射する光は、各小さな凸レンズによってその焦点に集められます。この時、各小さな凸レンズの焦点は、フライアイレンズの出射面に一致するように設計されています。したがって、各小さな凸レンズから出る光は、出射面で再び拡散されます。このようにして、フライアイレンズは入射する光を出射面に再配置することで、均一化や拡大・縮小などの効果をもたらします。