El zoom óptico es un tipo de objetivo que aumenta o disminuye el acercamiento de la imagen utilizando lentes de la cámara fotográfica o de vídeo, alterando la distancia focal, cerrando el cuadro con el sujeto. Gracias a la óptica, este tipo de zoom logra un acercamiento real al objeto y no necesita reproducir digitalmente la imagen, como sí sucede en el caso del zoom digital. Es el único zoom que realmente es importante en las cámaras y, por lo tanto, es el más costoso de producir. El zoom digital suele ser un recorte de la fotografía, se elimina parte de los márgenes agrandando la parte central de la imagen para lo que se emplea sólo una parte del sensor, lo que implica el uso de una cantidad menor de pixeles y por ello una reducción en la calidad de la imagen.

Las primeras lentes zoom surgieron para los telescopios por el año 1834. Ya entre las primeras patentes de teleobjetivos aparecían aquellos con lentes móviles y la posibilidad de cambiar la distancia focal. Sin embargo cada vez que variaba la distancia focal era necesario volver a enfocar. Estas lentes se llaman varifocales. En la actualidad se emplean los objetivos varifocales en cámaras digitales y de vídeo donde el enfoque es automático y ello no supone un inconveniente. El primer objetivo zoom real, que mantenía el enfoque al variar la distancia focal, fue patentado en 1902 por Clile. C. Allen. Pero fue el Bell and Howell Cooke "Varo" 40-120mm para cámaras de cine de 35mm, introducido en 1932, el primer objetivo producido industrialmente. El primer objetivo zoom para cámara fotográfica SLR de 35mm fue el ZOOMAR 1:2,8/36-82 mm que la marca alemana Voigtländer presentó en mayo de 1959. Un objetivo muy luminoso y versátil diseñado por Frank G. Back, quien no sólo inventó las lentes, sino también el término "zoom". En el mismo año Nikon también presentó un zoom 1:4,0-4,5/85-250 mm para su nueva SLR Nikon F. Desde entonces, y en especial a partir de mediados de los 80 con la ayuda de los ordenadores, se ha ido mejorando la técnica consiguiendo mayores variaciones en objetivos más pequeños, siendo habitual a partir de los años 90 zooms de factor x10 o incluso más. Como ejemplos: Tamron presentó en 1992 su revoluzoom 28-200, un objetivo de bajo coste en un tamaño muy compacto.

Las propiedades básicas de un objetivo zoom son su distancia focal mínima y máxima, así como su valor de luminosidad para su distancia focal mínima y máxima. El cociente entre la máxima y la mínima distancia focal posible se denomina factor zoom y suele ser representado por el cociente acompañado por una 'x'. Cuando nos dicen que una cámara tiene un zoom óptico x2, x3, o x10, a lo que se están refiriendo es a que la focal máxima es 2, 3 o 10 veces la focal mínima. Esta fórmula, aplicada a un objetivo estándar de iniciación de los que incorporan las cámaras réflex de gama básica, típicamente 18-55mm, nos daría que dicho objetivo tiene un zoom óptico x3. Un 18-70 sería casi x4, y un 18-200, considerado como un objetivo todoterreno en el mundo reflex por su gran cobertura de focales, un x11. El zoom óptico y el zoom digital son dos características que suelen describir a las cámaras digitales compactas. Aunque los objetivos zoom ofrecen hoy día una buena calidad, debido a un diseño más complejo con mayor número de lentes, no son de tan buena calidad.

Los grupos de lentes en el objetivo se desplazan al girar un anillo del objetivo o al pulsar un botón en el caso de los "Power Zoom" (zoom motorizados) en las cámaras compactas o de vídeo, de este modo varía la distancia focal y con ello el espacio que entrará en el encuadre de la foto.

Los objetivos zoom son una opción práctica, cómoda y económica en sustitución a un juego de distintos objetivos de focales fijas que pueden cubrir desde grandes angulares a teleobjetivos. El uso de un zoom evita tener que estar cambiando constantemente de objetivos, evitando una tarea incluso delicada en ambientes de polvo o humedad, y ahorrando un tiempo a veces decisivo. Por el contrario, la comodidad de su manejo conlleva fácilmente a que fotógrafos no experimentados descuiden la composición de una fotografía. En la filmación de una película, el zoom no puede usarse como sustituto del travelling.