微透鏡陣列是由一系列微小的透鏡按照一定的排列順序組成，這些透鏡的直徑可以從幾百納米到幾毫米不等，單元數目可以從幾千到幾萬不等。這些透鏡通常被製作在基板上，每個子透鏡的光軸可以相互平行，形成平面微透鏡陣列，或者按照曲面排列，如昆蟲的複眼結構。微透鏡陣列的每個子透鏡都具有聚焦、成像、光束變換等功能，而且由於單元尺寸小、集成度高，它們能夠完成傳統光學元件無法完成的功能，並構成許多新型的光學系統。
微透鏡陣列可以分爲折射型和衍射型兩種。折射型微透鏡陣列的子透鏡表面光滑且連續，而衍射型微透鏡陣列的子透鏡表面呈現浮雕結構。折射型微透鏡陣列在成像顯示、光束準直、光互聯以及微掃描等方面有較多的應用；衍射型微透鏡陣列則在圖像識別與處理、電光探測器、空間光學等領域有較多的應用。
微透鏡陣列具有極高的並行性，每個子透鏡可以相互獨立地傳輸光學信號，互不干擾。這使得微透鏡陣列在先進光學成像、半導體照明信息處理與檢測等領域具有廣泛用途，例如可用於屏下指紋識別、激光整形、波前傳感、莫爾成像、集成成像等。