Im Lauf der Evolution haben sich zahlreiche Augentypen gebildet. Am weitesten verbreitet sind das Facetten- oder Komplexauge der Insekten und das Linsenauge, wie es sich zum Beispiel beim Menschen entwickelt hat. Grob lassen sich zwei Spezialgebiete der beiden Formen unterscheiden: Linsenaugen ermöglichen scharfes, dreidimensionales Sehen, Facettenaugen dagegen die Wahrnehmung schneller Bewegungen.
Das liegt am Aufbau der Facettenaugen (oben) aus Hunderten bis Tausenden sogenannter Ommatidien (Einzelaugen) - bei Schmetterlingen zum Beispiel sind es bis zu 17 000 auf jeder Seite. Jedes Einzelauge besteht am oberen Ende aus der Hornhaut. Sie dient als Teil einer Linse, die das Licht auf den tiefer liegenden Sinneszellen bündelt. Da die Einzelaugen in einem Halbkreis angeordnet sind, nimmt jedes von ihnen Einzelbilder aus einer etwas anderen Richtung auf. Diese fügt das Gehirn einer Fliege, Libelle oder Mücke zu einem Mosaikbild zusammen, das aber immer noch recht pixelig ist. Sehschärfe ist damit nicht möglich. Dafür können sich die Fotorezeptoren des Facettenauges besonders schnell wieder erholen, nachdem sie durch einen Lichtimpuls aktiviert worden sind. Dadurch können Insekten zwei Reize auch dann noch als getrennt wahrnehmen, wenn sie sehr schnell aufeinanderfolgen. Bewegungen, die der Mensch als fließend empfindet, sehen sie ruckelnd und wie in Zeitlupe.
Im Gegensatz zum Insektenaugen ist das menschliche Auge (ganz oben) darauf eingerichtet, unterschiedlich weit entfernte Objekte scharf zu stellen. Dazu muss die Brechkraft der Linse veränderbar sein. Dies erreichen Menschen und andere Säuger, indem sie die Form ihrer Linse mithilfe von Muskeln anpassen. Befindet sich der betrachtete Gegenstand weit entfernt, flacht sich die Linse ab. Bei nahen Objekten krümmt sie sich bis fast zur Kugelform. Manche Tiere wie Frosch oder Chamäleon besitzen zwar grundsätzlich ein ähnlich gebautes Auge wie der Mensch, können aber entweder kaum scharf sehen oder erreichen dies mit einem anderen Mechanismus.
Das durch Hornhaut und Linse gebündelte Licht trifft auf der Netzhaut auf zwei Arten von Fotorezeptoren. Zapfenförmige Sinneszellen lassen sich erst durch viel Licht aktivieren und ermöglichen das Farbsehen. Von ihnen gibt es mehrere Typen, die jeweils unterschiedlich empfindlich sind für kurz-, mittel und langwelliges Licht. Weil Menschen alle drei dieser Zapfenvarianten haben, nennt man sie Trichromaten. Viele andere Säuger, zum Beispiel Kühe und Pferde, nehmen Farben schlechter wahr als wir. Vor allem Rottöne können die sogenannten Dichromaten nicht sehen. Greifvögel wie der Adler hingegen haben ein weiteres Farbspektrum als der Mensch und erkennen auch ultraviolettes Licht.
Stäbchenförmige Rezeptoren sind empfindlicher und in der Dämmerung aktiv. Das Auge kann die Menge an einfallendem Licht aktiv regulieren, indem sich die Pupille weitet oder zusammen zieht. Diesen Mechanismus nutzen viele Säugetiere - manche, wie die Katze, noch sehr viel effizienter als der Mensch. In jedem Fall wandeln die Fotorezeptoren das Licht in elektrische Impulse um. Über verschiedene Typen von Nervenzellen gelangen die Signale ins Gehirn. Wo die für die Weiterleitung zuständigen Nervenfasern aus dem Augapfel austreten, entsteht im wahrsten Sinne des Wortes ein blinder Fleck: ein Punkt auf der Netzhaut, auf dem sich keine Lichtsinneszellen befinden und wo wir daher - unbemerkt - blind sind.
Da sich die Sehnerven der beiden Augen überkreuzen, verarbeitet die rechte Hirnhälfte die Eindrücke des linken Auges und umgekehrt. Das Gehirn fügt nicht nur diese beiden Einzelbilder zu einem Ganzen zusammen, sondern dreht das Bild auch um 180 Grad herum. Zuvor ist nämlich durch die Brechung der Lichtwellen auf der Netzhaut ein Bild entstanden, das auf dem Kopf steht. Was wir sehen, entscheidet sich also maßgeblich im Gehirn.