Una lente convergente puede formar tanto imágenes reales como virtuales, dependiendo de la posición del objeto con respecto a su foco y su centro óptico.Para justificar esto, consideremos los siguientes casos:1. Si el objeto se encuentra a una distancia mayor que la distancia focal ($d_o > f$) de la lente convergente, la imagen formada será real, invertida y se localizará al otro lado de la lente. Esta imagen puede ser de mayor, menor o igual tamaño que el objeto, dependiendo de si el objeto está entre $f$ y $2f$, más allá de $2f$, o justo en $2f$ respectivamente.2. Si el objeto se encuentra a una distancia menor que la distancia focal ($d_o < f$) de la lente convergente (es decir, entre el foco y el centro óptico), la imagen formada será virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto. Esta imagen se forma al mismo lado de la lente que el objeto.Este segundo caso contradice la afirmación de que una lente convergente "siempre" forma una imagen real. El siguiente diagrama de rayos ilustra la formación de una imagen virtual cuando el objeto se encuentra entre el foco y el centro óptico de una lente convergente.

En el diagrama se observa cómo los rayos de luz que parten del objeto divergen después de pasar por la lente, y sus prolongaciones hacia atrás se intersectan para formar una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto, en el mismo lado de la lente.