การศึกษากายวิภาคของตาอย่างจริงจัง เริ่มมาตั้งแต่พุทธศตววรษที่ ๒๓-๒๔ โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ดูส่วนประกอบต่างๆ ของตา ในพุทธศตวรรษที่ ๒๕ เมื่อวิทยาศาสตร์เจริญก้าวหน้าขึ้นได้มีการใช้กล้องจุลทรรศน์ อิเล็กตรอนศึกษาเนื้อเยื่อ และใช้กล้องจุลทรรศน์ในการตรวจตาและผ่าตัดตา การใช้กล้องชนิดนี้ ทำให้สามารถศึกษาส่วนประกอบต่างๆ ของตาตลอดจนดูลักษณะและส่วนประกอบของเซลล์ต่างๆ ได้ละเอียดยิ่งขึ้น นอกจากนี้ การรักษาโรคตา และสาเหตุที่ทำให้เกิดโรคต่างๆ ของตา ก็สามารถทำได้สะดวกและรวดเร็วขึ้น อาการตาบอดจากโรคต่างๆ จึงลดน้อยลง
มนุษย์เมื่อเกิดมานั้นมีลูกตา (eyeball) เจริญเติบโตมาแล้วถึงร้อยละ ๘๐ ของลูกตาที่เจริญเต็มที่ผิดกับอวัยวะบางอย่างของร่างกายซึ่งต้องมาเจริญเติบโตหลังคลอดจึงจะใช้งานได้ ตาเป็นส่วนหนึ่งของสมอง เจริญเติบโตมาจากเนื้อเดียวกับเนื้อสมอง ตาประกอบด้วยลูกตา กล้ามเนื้อกลอกตาอวัยวะสร้างน้ำตา และประสาทตาซึ่งอยู่ด้านหลังของลูกตา และติดต่อกับประสาทตาของลูกตาอีกข้างหนึ่ง เมื่อต้องการมองที่ใดหรือได้รับสิ่งกระตุ้นจากภายนอกให้มองวัตถุใด กล้ามเนื้อกลอกตาซึ่งมีข้างละ ๖ มัด จะทำงานร่วมกันให้ลูกตากลอกไปตามทิศทางที่ต้องการ แล้วกลอกตากลับมามองตรงหน้า
มนุษย์เรามองเห็นวัตถุด้วยตาทั้งสองข้าง ซึ่งจะรับภาพและส่งความรู้สึกเห็นไปตามประสาทตา ไปยังสมองใหญ่ส่วนท้ายทอยที่เรียกว่า บริเวณการมองเห็น(visual area) ภาพที่ส่งไปจากตาแต่ละข้างเป็นภาพหัวกลับและสมองจะแปลเป็นภาพหัวตรง และภาพจากตาสองข้างจะไปซ้อนกันมองเห็นเป็นภาพเดียวและเป็นภาพสามมิติ
ประสาทที่มาเลี้ยงตา นอกจากประสาทที่มีหน้าที่รับแสงสว่างแล้ว ยังมีประสาทที่ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อกลอกตา กล้ามเนื้อภายในลูกตาอวัยวะสร้างน้ำตา ความรู้สึกเจ็บ ร้อน กระทบ ฯลฯ เช่นเดียวกับอวัยวะอื่นๆ ของร่างกาย
อวัยวะสร้างน้ำตาประกอบด้วยต่อมสร้างน้ำตามีท่อทางเดินส่งน้ำตามาหล่อลื่นเยื่อหุ้มตา (conjunctiva) น้ำตาส่วนใหญ่จะระเหยไป การกะพริบตาทำให้น้ำตาบางส่วนเข้าสู่ท่อเล็กๆ ไปยังถึงพักน้ำตาบริเวณหัวตาน้ำตาช่วยหล่อลื่นไม่ให้เยื่อหุ้มตาแห้งและมีเอนไซม์ที่มีฤทธิ์ทำลาบัคเตรีบางตัดได้
ลูกตาอยู่ในโพรงกระดูกเบ้าตา (orbit) ทางส่วนหน้าของกะโหลกศีรษะ ตัวลูกตาของผู้ใหญ่มีลักษณะกลมขนาดประมาณ ๒๔ มิลลิเมตร กระจกตา (cornea) เป็นวงโค้งทางด้านหน้าของลูกตา มีลักษณะใส โปร่งแสงให้แสงสว่างจากวัตถุผ่านเข้าลูกตา ขอบของกระจกตาติดต่อโดยรอบกับเยื่อตาขาวหรือสเคลอรา (sclera) อวัยวะทั้งสองเป็นผนังชั้นนอกของลูกตา เยื่อตาขาวเป็นเสมือนเกราะหุ้มให้ลูกตาแข็งแรง
ผนังชั้นกลางของลูกตาคือทางยูเวีย (uveal tract) ซึ่งประกอบด้วยม่านตา (iris) และซิเลียรีบอดี (ciliary body) อยู่ทางด้านหน้า ด้านหลังคือคอรอยด์ (choroid) รูม่านตา (pupil) เป็นช่องว่างกลางม่านตา ม่านตามีกล้ามเนื้อทำหน้าที่ปิดเปิดรูม่านตาเพื่อจัดแสงที่ผ่านเข้าภายในลูกตาให้มีปริมาณพอเหมาะ กล้ามเนื้อซิเลียรีช่วยแก้วตา (lens) จัดตัวรวมแสงขณะมองวัตถุในระยะต่างๆ ซิเลียรีโพรเซส (ciliay process) มีเอ็นยึดติดกับแก้วตา ภายในชั้นยูเวียมีหลอดเลือดมาเลี้ยงอวัยวะส่วนหน้าและส่วนหลังของลูกตาและชั้นจอตาหรือเรตินา (retina) ชั้นนอก
ผนังชั้นในของลูกตาคือจอตา เป็นชั้นประสาทตาและแมคูลา (macula) เป็นบริเวณที่รับความรู้สึกเห็นได้คมชัดที่สุด ที่ก้นตาเป็นที่รวมของประสาทจากจอตา เรียกว่า จานออปติก (optic disc) เป็นที่เริ่มต้นของประสาทตา (optic nerve) จอตามีเซลล์ประสาทหลายชนิดรับแสงสว่างและเกิดปฏิกิริยาเคมี แล้วเปลี่ยนเป็นความรู้สึกต่อทางประสาทตาไปยังสมองใหญ่
ห้องหน้าลูกตา (anterior chamber) เป็นช่องระหว่างกระจกตากับม่านตา ภายในมีน้ำเลี้ยงตา (aqueous humour) เป็นแหล่งให้อาหาร ยา และออกซิเจนแก่แก้วตาและกระจกตา แรงดันภายในลูกตาปกติ ๑๕- ๒๒ มิลลิเมตรปรอท แก้วตาอยู่หลังม่านตามีรูปร่างเป็นเลนส์นูนทั้งด้านหน้าและหลัง ตรงบริเวณศูนย์สูตรมีรูปเรียว มีเอ็นยึดกับส่วนซิเลียรีโพรเซส แก้วตามีหน้าที่รวมแสงในระยะต่างๆ ที่มองให้ตกที่โฟเวียเซนทราลิส (fovea centralis) ซึ่งเป็นแอ่งกลางแมคูลาในชั้นจอตาขณะมองเพ่งวัตถุ ขณะเดียวกันจอตาบริเวณอื่นก็รับความรู้สึกเห็นสิ่งที่อยู่รอบๆ วัตถุที่กำลังเพ่งมองนั้น แก้วตาของหนุ่มสาวที่มีสายตาปกติทำงานเหมือนเลนส์นูนที่มีกำลังรวมแสงหลายขนาดอยู่รวมกันคือ สามารถรวมแสงและจัดตัวเองให้จอตา มองเห็นวัตถุในระยะต่างๆ กัน ได้ชัดทุกระยะ ทั้งนี้เพราะกล้ามเนื้อซิเลียรีมีกำลังดี และแก้วตามีความยึดหยุ่นดีสามารถโป่งออกทางด้านหน้าได้มากเวลามองของใกล้ เมื่อย่างเข้าวัยสูงอายุกำลังของกล้ามเนื้อน้อยลงและการยึดหยุ่นของแก้วตาก็น้อยลงจึงต้องใช้แว่นตาช่วยเวลาทำงานใกล้
หลังแก้วตามีเนื้อวุ้นตา (vitreous) บรรจุเต็มช่อง ภายในลูกตาส่วนหลัง เนื้อวุ้นตามีลักษณะคล้ายวุ้นโปร่งแสง ปราศจากสี เป็นทางให้แสงผ่านไปถึงจอตาและมีหน้าที่ตรึงจอตาไว้ไม่ให้หลุดลอกออก
ตาจะทำหน้าที่ได้ดีเมื่ออวัยวะต่างๆ และการทำงานของประสาทอยู่ในสภาพปกติ การวัดสายตาเป็นการตรวจความคมชัดของการมองเห็น (visual acuity) ทั้งมองไกลและมองใกล้ ใช้แผ่นตรวจของสเนลเลน (Snellen's chart) ให้อ่านเวลามองไกล การบันทึกสายตาบันทึกเป็นเศษส่วน คือ
ระยะระหว่างแผ่นตรวจกับผู้ป่วยที่ถูกทดสอบอ่านได้ชัด
ระยะระหว่างแผ่นตรวจกับผู้ที่สายตาเป็นปกติ
สายตาไกลปกติเท่ากับ ๖/๖ (เมตร) หรือ ๒๐/๒๐ ฟุต) การตรวจสายตาใกล้ใช้แผ่นตรวจในระยะห่างประมาณ ๒๕ เซนติเมตร
