另一款特別元件是非球面鏡片。佳能的 L 系列鏡頭具有革命性的光學特性，鏡頭都經過特殊處理，因此鏡頭的性能高，亦可提供清晰的影像解析度。非球面鏡片的卓越銳利度和生動細節，猶如揭開了面紗，將鏡頭背後那個清晰可見的世界盡收眼底。多年來，非球面鏡片都只是光學工程師的夢想，因為實際製造過程十分困難。非球面鏡片與常規球面鏡片不同，需要在光軸上去除鏡頭元件的一部分球面表面。但由於鏡片無法將平行光線匯聚在同一焦點，故存在理論上之局限。製作具有理想曲率的非球面鏡片便可解決這個問題，將平行光線聚焦於單一焦點。
某些非球面鏡片設計的非球面曲率非常小。以裸眼觀看與球面鏡片無異。曲面的角度十分細微，偏差值必與以 0.1 微米（1/10,000 毫米）計算。雖然產量相關的某些問題仍未能完全解決，佳能於 1971 年推出了 FD55mm f/l.2 AL。這是全球首款採用地面研磨非球面鏡片元件的單反相機鏡頭（不帶鏡頭鎖定機制）。研磨非球面鏡片是一種極高精度的非球面鏡片，透過對單塊玻璃片逐一進行研磨和拋光，達到完美形狀。這種打造過程可套用到多種玻璃。生產商可製作大直徑和球面位移大的非球面鏡片。這支鏡頭的反應強烈，促使佳能增加產量，其加快了非球面鏡片研究。僅僅兩年後，佳能便成功推出全球首部量產納米級機械，偏差值小於一百萬分之一毫米。
鏡片的拋光精度低至 0.02 微米，僅為可見光波長高度的三十二分之一（1/32）。此精度可確保鏡頭具備 L 系列僅有的高光學性能。
非球面鏡片的製造技術正持續演變。於 1980 年代研發大直徑玻璃玻璃鑄模（GMo）非球面鏡片 ，並於 1985 年成功應用於實際生產。玻璃成型技術利用高溫熔化玻璃和非球面高精度金屬模具，以取得優越的表面偏差值。在 2007 年，這項技術用於創造首片凹面非球面鏡片。相同的技術亦用於大量現今的 RF L 系列鏡頭。
佳能的複製非球面鏡片能滿足多種需求，該鏡頭在 1990 年為 EF 鏡頭系列開發，以設計自由度高、球面基底鏡頭元件尺寸和材料選擇多樣而著稱。在 RF 鏡頭系列中，RF24-105mm f/2.8L IS USM Z 亦採用複製非球面鏡片。生產技術的進步使複製非球面鏡片的表面精度超越了 EF 鏡頭所採用的非球面鏡片。這款新鏡頭在 f/2.8 的大光圈下提供穩定的性能，在光學設計上的自由度更高，鏡頭尺寸減小的同時提供 24mm 至 105mm 的焦距範圍。
高溫熔化玻璃和非球面鏡片
