非球面鏡片是光學技術上的一大進步，提供真正革命性的光學特性，使 Canon L 系列鏡頭擁有卓越的性能和清晰的影像解析度。非球面鏡片的卓越銳利度和生動細節讓人感覺像是拉開了窗簾，展現了鏡頭背後的可見世界。由於製作非球面鏡片非常困難，多年前它們僅僅是光學工程師的美好夢想。與常規球面鏡片不同，非球面鏡片需要在光學軸上去除鏡頭元件的一部分球面表面。然而，由於這些鏡片無法將平行光線聚焦在同一點，因此在理論上存在限制。製作具有理想曲率的非球面鏡頭便可解決這個問題，因爲其能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。肉眼幾乎看不出與球面鏡片的分別。其曲率程度之小，需要將精密加工偏差值計算到十分之一毫米，或 0.1 微米。儘管當時量產仍存在一些問題，Canon 在 1971 年推出了 FD55mm f/1.2AL。這是首款使用研磨非球面鏡片元件的單反鏡頭（不帶鏡頭鎖定機制）。這款鏡頭大受歡迎，促使 Canon 決定加大非球面鏡片的研究和產量。僅僅兩年後，Canon 便成功推出全球首台量產納米級機械，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，約為可見光波長 1/32 的高度。L 系列鏡頭是唯一能保證這種精度的高光學性能的鏡頭。
球面鏡片製造技術正在不斷發展。大口徑玻璃玻璃鑄模 (GMo) 非球面鏡片的研發始於 1980 年代，並於 1985 年成功應用於實際生產。透過使用非球面高精度金屬模具和高溫熔融玻璃，玻璃成型技術帶來了優越的表面偏差值。在 2007 年，首款利用這項技術創造的凹面非球面鏡頭誕生了。如今許多 RF L 系列鏡頭均採用相同技術製造。
高溫熔化玻璃和非球面鏡片。
Canon 在 1990 年為 EF 鏡頭系列創造的複製非球面鏡頭，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，是一款滿足多種需求的非球面鏡頭。作為 RF 鏡頭系列的一份子，RF24-105mm f/2.8L IS USM Z 中也使用了複製非球面鏡片。製造技術的進步使複製非球面鏡頭的表面精度超越了 EF 鏡頭。這款新鏡頭在 f/2.8 的大光圈下提供穩定的性能，焦距範圍為 24mm-105mm，並因其在光學設計上的自由度而具備更小的尺寸。
