Aufgrund einer Hornhautverkrümmung kann auf das Licht, welches auf das Auge fällt, nicht auf der Netzhaut zentriert werden, was dazu führt, dass Punkte beispielsweise als unscharfe Striche wahrgenommen werden. Dies liegt daran, dass durch die anormale Wölbung der Hornhaut das Licht im Auge ungleich stark bricht.
Es entsteht eine stärker und eine schwächer brechende Lichtachse. Meist ist dabei die Brechung der senkrechten Ebene stärker, als die der waagerechten Ebene, sodass jeder Bildpunkt zum Strich verzerrt wird. Da mehrere Brennpunkte vor und hinter die Netzhaut streuen, kann der Betroffene kein scharfes Bild mehr wahrnehmen.
Eine Hornhautverkrümmung ist meist angeboren. In seltenen Fällen kann Astigmatismus auch Folge einer schweren Verletzung, einer Entzündung oder Infektion der Hornhaut sein. Dieser zeichnet sich ebenfalls durch ungleiche Brechkräfte sowie durch Wölbungen der Hornhaut aus. Auch kann ein grauer Star Ursache eines Astigmatismus sein und zu Trübungen der optischen Linse führen. Trübt sich die Linse ungleichmäßig, wird das hindurchfallende Licht ebenfalls unterschiedlich stark gebrochen.