单镜头反光相机（SLR）是一种通常使用镜子和棱镜系统的相机（因此从镜子的反射中"反射"），允许摄影师通过镜头查看并准确看到将要捕获的内容。使用双镜头反光和测距仪相机，观看的图像可能与最终图像有很大不同。当按下大多数单反相机上的快门按钮时，镜子会翻转出光路，允许光线通过光接收器并捕获图像。

在单反相机开发之前，所有带有取景器的相机都有两条光学光路：一条通过镜头到胶片的路径，另一条路径位于上方（TLR或双镜头反光）或侧面（测距仪）。由于取景器和胶片镜头不能共享相同的光路，因此观看镜头的目标是在相机前方某处的固定点与胶片镜头相交。对于在中距离或长距离拍摄的照片来说，这没有问题，但视差会导致特写镜头中的取景错误。此外，当快速反光相机的镜头打开到更宽的光圈时（例如在低光下或使用低速胶片时），对焦镜头并不容易。

单反相机的许多优点都来自通过附加镜头查看和聚焦图像。大多数其他类型的相机没有此功能;拍摄对象通过镜头附近的取景器看到，使摄影师的视野与镜头的视野不同。单反相机为摄影师提供精确度;它们提供了一个观看图像，该图像将完全按照通过镜头看到的底片曝光到底片上。没有视差误差，并且可以通过眼睛确认精确的对焦，特别是在微距摄影和使用长焦镜头拍摄时。通过停止到连接的镜头光圈可以看到景深，这在大多数单反相机上都可以实现，除了最便宜的型号。由于单反相机的多功能性，大多数制造商都有各种各样的镜头和配件可供他们使用。

与大多数固定镜头紧凑型相机相比，最常用和最便宜的单反镜头提供更宽的光圈范围和更大的最大光圈（50mm镜头通常为f/1.4至f/1.8）。这允许在没有闪光灯的情况下在较低光线条件下拍摄照片，并允许更窄的景深，这对于模糊主体背后的背景非常有用，从而使拍摄对象更加突出。"快速"镜头通常用于剧院摄影，人像摄影，监控摄影以及所有其他需要大光圈的摄影。

镜头的多样性还允许相机在许多不同的情况下使用和调整。这为摄影师提供了比取景相机更多的控制（即，如何查看和构图）。此外，一些单反镜头采用极长的焦距制造，使摄影师与拍摄对象保持相当远的距离，但仍然曝光清晰，聚焦的图像。如果受试者包括危险动物（例如，野生动物），这尤其有用;拍摄对象更喜欢匿名而不是被拍照;否则，摄影师的存在是不需要的（例如，名人摄影或监控摄影）。实际上，所有单反相机和数码单反相机机身也可以通过适配器管连接到望远镜和显微镜上，以进一步增强其成像能力。

在大多数情况下，由于镜盒和五棱镜/五偏相机，单镜头反光相机不能像其他相机设计（如测距仪相机、自动对焦紧凑型相机和带电子取景器（EVF）的数码相机）那样小或轻。镜盒还可以防止带有深凹陷后部元件的镜头安装在胶片或传感器附近，除非相机具有后视镜锁定功能;这意味着不能使用广角镜头的简单设计。相反，需要更大、更复杂的逆向聚焦设计。

单反相机在曝光期间会"变黑"取景器图像。此外，反射镜的移动需要时间，限制了最大拍摄速度。后视镜系统也会引起噪音和振动。部分反射（pellicle）固定反射镜避免了这些问题，并且已经用于极少数设计，包括佳能Pellix和佳能EOS-1NRS，但这些设计带来了自己的问题。这些薄膜反射镜减少了传播到胶片平面或传感器的光量，并且还可能使通过它们的光线失真，从而导致图像不那么清晰。为了避免噪音和振动，许多专业相机都提供了镜面锁定功能，但是，此功能完全禁用了单反相机的自动对焦功能。电子取景器有可能提供数码单反相机（通过镜头观看）的"观看体验"，而不会有许多缺点。最近，索尼在其"单镜头半透明"（SLT）系列相机中恢复了薄膜镜概念。

一般来说，单反相机的价格也往往高于其他类型的相机，因为它们的内部复杂性。再加上额外组件（如闪光灯或镜头）的费用。对设备的初始投资可能令人望而却步，足以让一些休闲摄影师远离单反相机，尽管二手单反相机的市场已经变得更大，特别是随着摄影师迁移到数字系统。