牛顿反射式望远镜，简称“牛反”，是目前主流的望远镜结构之一。它诞生于1668年，牛顿经过多次磨制非球面的透镜均告失败后，决定采用球面反射镜作为主镜。他用2.5厘米直径的金属，磨制成一块凹面反射镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45度角的反射镜，使经过主镜反射后的会聚光经反射镜以90度角反射出镜筒后到达目镜，这种系统称为牛顿反射式望远镜。
牛顿制作的牛顿式反射望远镜复制品
就会有朋友问：“不是已经有了伽利略式和开普勒式望远镜了吗，为什么还要牛反呢？”伽利略发明的采用透镜的望远镜，随着开普勒和其他人的发展，逐步形成了折射式望远镜，其特征就是采用透镜结构。但是它也有这么两个主要问题困扰着科学家：其一是折射望远镜对镜片磨制的精度要求较高，想制作更大的望远镜的成本实在太高了。其二是因为传播介质改变所形成的色散问题，会改变成像的颜色，称为色差，科学家们只能尽量避免色差（表现为图像边缘带有颜色），但始终无法消除。
可以看到月亮边缘有较为明显的色差
而牛反就不同了，其是通过反射来成像的，不存在色差问题。而且其镜片只需要制作球面或者抛物面，相较于折射式望远镜易于制作，成本较低。由此看来，牛顿式反射望远镜确实是天文望远镜的一大进步。
牛反的结构及光路图
不过牛反也不是没有缺点的，首先，在不使用抛物面镜时会有球面像差（简称球差，不能将影像聚焦在一个点上的现象）；在使用抛物面镜的情况下会有彗形像差（简称彗差，类似彗星形状的变形）和视场畸变，不过可以使用彗差镜来消除。然后，因为反射的特质，镜片每一段时间之后就要重新镀膜，较为不便。还有就是，因为结构原因它的成像是颠倒的，无法像折射望远镜那样用一个天顶镜矫正过来。这让它不能用于观测地面景物，可在天文观测上因为基本不存在相对位置导致方向变化的考量，所以这倒也不是很让人头疼的问题。
彗差（图像来源于维基百科）