視網膜內有感光細胞層，人類和大多數脊椎動物的感光細胞有視杆細胞和視錐細胞兩種。感光細胞可通過終足和雙極細胞發生突觸聯繫，雙極細胞再和神經節細胞聯繫，由節細胞發生的突起在視網膜表面聚合成束，然後穿過脈絡膜和鞏膜後構成視神經，視神經出眼球后穿視神經管入顱腔，經視交叉連於間腦。
目前認為，物像落在視網膜上首先引起光化學反應，已從視網膜上提取出感光物質。這些物質在暗處呈紫紅色，受到光照時則迅速退色而轉變為白色。如將蛙或兔放在暗室中，使動物跟朝向明亮的窗子一定時間，然後遮光立即摘出眼球，剔出視網膜，用適當化學物質如明礬處理視網膜，則可發現動物視網膜留有窗子的圖像，窗子的透光部分呈白色，窗框部分呈暗紅色。這些都說明視網膜上感光物質在光線作用下所出現的光化學反應。在感光細胞的大量研究中，對視杆細胞研究得比較清楚。視杆細胞的感光物質稱為視紫紅質，它由視蛋白和視黃醛結合而成。視黃醛由維生素A轉變而來。視紫紅質在光照時迅速分解為視蛋白和視黃醛，與此同時，可看到視杆細胞出現感受器電位，再引起其他視網膜細胞的活動。
