Em linhas gerais, o olho funciona como uma câmara fotográfica que projecta uma imagem invertida do mundo exterior na sua parte interna posterior, onde existe um revestimento fotossensível, a retina, que envia informações codificadas ao sistema nervoso central, dando ao indivíduo a sensação da visão.

Os globos oculares estão alojados no interior das cavidades orbitais e unem-se às paredes ósseas graças aos chamados músculos extrínsecos. Os músculos rectos possibilitam a movimentação do globo ocular para todos os lados. Outros dois, o oblíquo maior e menor, permitem ao olho deslocar-se em todas as direcções.

O olho humano é constituído de três camadas. A mais externa, fibrosa, tem função protectora e é chamada esclerótica. Na sua porção anterior, a esclerótica é transparente e recebe o nome de córnea. Na parte posterior e lateral, é opaca. A camada intermediária é abundante em vasos sanguíneos e é formada pela coróide, pelo corpo ciliar e pela íris (conjunto de estruturas chamadas de tracto uveal). A camada interna é a retina, onde se localizam as células fotorreceptoras. A córnea é recoberta pela conjuntiva,  uma fina membrana que se estende também pela face interna das pálpebras.

A coróide abastece de nutrientes e oxigénio os tecidos oculares. Nela situam-se também células pigmentares, cuja função é absorver luz para evitar que reflexos prejudiquem a qualidade da imagem projectada na retina.

O corpo ciliar é o prolongamento anterior da coróide, formado pelos chamados processos ciliares e pelo músculo ciliar. Os processos ciliares são ligamentos que unem ao músculo ciliar o cristalino. O músculo ciliar controla o grau de curvatura do cristalino e permite ajustar o foco.

Na parte anterior do cristalino, a íris controla a quantidade de luz que atinge a retina. Pigmentos na íris dão-lhe uma cor característica, que varia do negro ao azul. As musculaturas lisas radial e circular da íris abrem e fecham o seu orifício central, a pupila. O espaço entre a córnea e o cristalino - câmara anterior -, é preenchido pelo humor aquoso, que mantém constante a pressão interna do globo ocular. Já a cavidade entre o cristalino e a retina, a câmara posterior, contém uma substância gelatinosa chamada como humor vítreo.

Na retina estão situadas as células encarregadas de registar as impressões luminosas e transmiti-las ao cérebro por intermédio do nervo óptico, que sai da parte posterior do globo ocular. As células fotorreceptoras são chamadas cones e bastonetes, em virtude da forma de seus prolongamentos. Os cones dispõem-se na região central da retina e são responsáveis pela visão colorida, enquanto os bastonetes, mais abundantes nas regiões periféricas, processam uma visão de contornos, de contraste claro-escuro. A região de onde parte o nervo óptico é chamada ponto cego, por ser insensível à luz. Já a região chamada fóvea, composta apenas de cones e situada acima do ponto cego, é a área da retina onde a visão é mais nítida.

Alguns órgãos anexos ou acessórios protegem o globo ocular: as pálpebras; as sobrancelhas; os cílios; e o aparelho lacrimal, produtor de lágrimas.

Fisiologia da visão
Para a formação da imagem do mundo exterior sobre a retina, o olho dispõe de um conjunto de elementos refractores, constituídos pela córnea, humor aquoso, cristalino e humor vítreo. As propriedades ópticas das superfícies refractoras estão relacionadas com seu grau de curvatura e com o índice de refracção dos meios que ela separa.

A face anterior da córnea é a principal superfície refractora do olho: pequenas irregularidades que nela se verifiquem podem resultar em graves problemas para a visão perfeita. A principal função do cristalino está relacionada com a sua capacidade de acomodação, ou seja, com a propriedade de, mudando de forma variar o seu poder refrator. O cristalino permite, dessa maneira, uma focalização perfeita da imagem sobre a fóvea, funcionando como o ajuste de foco de uma máquina fotográfica.

Distinguem-se na retina três camadas de células, em que os corpos celulares dos neurónios se agrupam densamente, separadas por duas camadas sinápticas, em que se misturam prolongamentos de dendritos e axónios. A primeira camada é formada pelas células fotorreceptoras, os cones e bastonetes. Os axónios da primeira camada fazem sinapse com dendritos de células da segunda camada, as células bipolares. Os axónios da segunda camada, por sua vez, fazem sinapse com os dendritos das células ganglionares, da terceira camada celular.

Uma vez formada a imagem sobre a retina, essa luz estimulará os cones e os bastonetes. Os elementos fotossensíveis da retina contêm um pigmento, que, no caso dos bastonetes, é a rodopsina. Estimulada pela luz, essa substância desencadeia um complexo de reações químicas que culminará com a activação das células bipolares e ganglionares e o aparecimento de uma informação, no nervo óptico, sob a forma de impulso nervoso.

Os campos visuais de cada olho são diferentes, mas se sobrepõem em parte. A retina divide-se em zonas - a interna (nasal) e a externa (temporal) - em função do trajecto das vias ópticas que se dirigem para o córtex cerebral. As fibras nervosas das duas zonas temporais (olhos direito e esquerdo) passam para o córtex cerebral do hemisfério correspondente, enquanto as das regiões nasais cruzam-se no quiasma óptico, indo para o córtex cerebral do hemisfério oposto.

A luz que emana de um objecto visualizado atinge a zona temporal de um globo ocular e a zona nasal do outro. Em função da disposição das vias ópticas, a actividade nervosa resultante vai para o mesmo hemisfério cerebral. A superposição de campos visuais permite ao cérebro uma interpretação estereoscópica, com percepção de altura, largura e profundidade.

A capacidade de discriminação de cores pelo olho está relacionada com a existência de três tipos de cones caracterizados pela presença de três diferentes fotopigmentos. Esses pigmentos são sensíveis principalmente aos comprimentos de luz azul, verde e vermelha.