En las lentes divergentes, la distancia focal imagen es negativa ($f' < 0$). De acuerdo con la ecuación de las lentes delgadas o ecuación de Gauss, la relación entre las distancias del objeto ($s$) y de la imagen ($s'$) al centro óptico viene dada por:

Para un objeto real situado a la izquierda de la lente ($s < 0$), y dado que $f' < 0$, el valor de $s'$ resultará siempre negativo y cumplirá que $|s'| < |s|$. Esto significa que la imagen siempre será virtual (se forma por la intersección de las prolongaciones de los rayos) y estará situada entre la lente y el objeto. Para analizar el tamaño y la orientación, utilizamos la expresión del aumento lateral ($A$):

Dado que tanto $s'$ como $s$ son negativos, el cociente es positivo ($A > 0$), lo que indica que la imagen es derecha. Además, al ser $|s'| < |s|$, el valor absoluto del aumento es menor que la unidad ($|A| < 1$), lo que garantiza que la imagen sea de menor tamaño. A diferencia de las lentes convergentes, estas propiedades se mantienen independientemente de la distancia a la que se coloque el objeto.

El trazado de rayos para justificar la formación de la imagen se basa en dos rayos principales: 1. Un rayo incidente paralelo al eje óptico, que tras refractarse en la lente, diverge de tal forma que su prolongación pasa por el foco imagen $F'$. 2. Un rayo que atraviesa el centro óptico de la lente y no experimenta ninguna desviación. El punto de intersección entre el rayo central y la prolongación del rayo divergente define la posición y altura de la imagen virtual.