La caja estenopeica (o cámara estenopeica) es un dispositivo óptico sencillo que permite formar imágenes sin lentes, utilizando una caja cerrada y un pequeño orificio llamado estenope. Su funcionamiento se basa en principios básicos de la propagación de la luz. Este instrumento enfoca la luz que pasa a través de un pequeño orificio conocido como "estenope" o "apertura" para crear una lente simple como se muestra en el siguiente diagrama.

La luz que se refleja en el árbol pasa a través de la abertura de la caja y "enfoca", crea una imagen invertida del árbol en la parte posterior de la caja.

El papel del estenope (el pequeño orificio).   El estenope actúa como un selector de rayos. Cada punto del objeto emite luz reflejada en todas direcciones, y el estenope solo deja pasar una pequeña parte de los rayos. Si la relación entre L, D y el tamaño del agujero son los adecuados,  los rayos que entran en la caja se proyectarán sobre la pared opuesta, formando una imagen nítida del objeto

¿Por qué la imagen aparece invertida? La imagen aparece del revés e invertida lateralmente por una razón geométrica. Los rayos que proceden de la parte superior del objeto entran por el orificio y llegan a la parte inferior de la pantalla interior. Los rayos de la parte inferior llegan a la parte superior. Lo mismo ocurre con la izquierda y la derecha.

Formación de la imagen: relación geométrica. 
La relación entre el tamaño del objeto y el tamaño de la imagen depende de las distancias L y D marcadas en el dibujo anterior.

Nitidez y brillo: importancia del tamaño del orificio. El tamaño del orificio determina un equilibrio entre nitidez y luminosidad. Si el orificio es grande, entra más luz y la imagen es más brillante, pero también más borrosa porque entran rayos desde muchas direcciones. Si el orificio es pequeño, la imagen es más nítida, pero más oscura porque entra poca luz.