การศึกษากายวิภาคของตาอย่างจริงจัง เริ่มมาตั้งแต่พุทธศตวรรษที่ ๒๓-๒๔ โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ดูส่วนประกอบต่างๆ ของตา ในพุทธศตวรรษที่ ๒๕ เมื่อวิทยาศาสตร์เจริญก้าวหน้าขึ้น ได้มีการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนศึกษาเนื้อเยื่อ และใช้กล้องจุลทรรศน์ในการตรวจตา และผ่าตัดตา การใช้กล้องชนิดนี้ ทำให้สามารถศึกษาส่วนประกอบต่างๆ ของตา ตลอดจน ดูลักษณะ และส่วนประกอบของเซลล์ต่างๆ ได้ละเอียดยิ่งขึ้น นอกจากนี้ การรักษาโรคตา และสาเหตุที่ทำให้เกิดโรคต่างๆ ของตา ก็สามารถทำได้สะดวก และรวดเร็วขึ้น อาการตาบอดจากโรคต่างๆ จึงลดน้อยลง
มนุษย์เมื่อเกิดมานั้นมีลูกตา (eyeball) เจริญเติบโตมาแล้ว ถึงร้อยละ ๘๐ ของลูกตาที่เจริญเต็มที่ผิดกับอวัยวะบางอย่าง ของร่างกาย ซึ่งต้องมาเจริญเติบโตหลังคลอด จึงจะใช้งานได้ ตาเป็นส่วนหนึ่งของสมอง เจริญเติบโตมาจากเนื้อเดียวกับเนื้อสมอง ตาประกอบด้วยลูกตา กล้ามเนื้อกลอกตา อวัยวะสร้างน้ำตา และประสาทตา ซึ่งอยู่ด้านหลังของลูกตา และติดต่อกับประสาทตา ของลูกตาอีกข้างหนึ่ง เมื่อต้องการมองที่ใด หรือได้รับสิ่งกระตุ้นจากภายนอกให้มองวัตถุใด กล้ามเนื้อกลอกตา ซึ่งมีข้างละ ๖ มัด จะทำงานร่วมกันให้ลูกตากลอกไปตามทิศทางที่ต้องการ แล้วกลอกตากลับมามองตรงหน้า
มนุษย์เรามองเห็นวัตถุด้วยตาทั้งสองข้าง ซึ่งจะรับภาพ และส่งความรู้สึกเห็น ไปตามประสาทตา ไปยังสมองใหญ่ส่วนท้ายทอยที่เรียกว่า บริเวณการมองเห็น (visual area) ภาพที่ส่งไปจากตาแต่ละข้างเป็นภาพหัวกลับ และสมองจะแปลเป็นภาพหัวตรง และภาพจากตาสองข้างจะไปซ้อนกัน มองเห็นเป็นภาพเดียว และเป็นภาพสามมิติ
ประสาทที่มาเลี้ยงตา นอกจากประสาทที่มีหน้าที่รับแสงสว่างแล้ว ยังมีประสาทที่ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อกลอกตา กล้ามเนื้อภายในลูกตาอวัยวะสร้างน้ำตา ความรู้สึกเจ็บ ร้อน กระทบ ฯลฯ เช่นเดียวกับอวัยวะอื่นๆ ของร่างกาย
อวัยวะสร้างน้ำตาประกอบด้วยต่อมสร้างน้ำตา มีท่อทางเดินส่งน้ำตามาหล่อลื่นเยื่อหุ้มตา (conjunctiva) น้ำตาส่วนใหญ่จะระเหยไปการกะพริบตา ทำให้น้ำตาบางส่วนเข้าสู่ท่อเล็กๆ ไปยังถุงพักน้ำตาบริเวณหัวตา น้ำตาช่วยหล่อลื่น ไม่ให้เยื่อหุ้มตาแห้ง และมีเอนไซม์ที่มีฤทธิ์ทำลายบัคเตรีบางตัวได้
ลูกตาอยู่ในโพรงกระดูกเบ้าตา (orbit) ทางส่วนหน้าของกะโหลกศีรษะ ตัวลูกตาของผู้ใหญ่มีลักษณะกลมขนาดประมาณ ๒๔ มิลลิเมตร กระจกตา (cornea) เป็นวงโค้งทางด้านหน้าของลูกตา มีลักษณะใส โปร่งแสง ให้แสงสว่างจากวัตถุผ่านเข้าลูกตา ขอบของกระจกตาติดต่อโดยรอบกับเยื่อตาขาว หรือสเคลอรา (sclera) อวัยวะทั้งสองเป็นผนังชั้นนอกของลูกตา เยื่อตาขาวเป็นเสมือนเกราะหุ้มให้ลูกตาแข็งแรง
ผนังชั้นกลางของลูกตาคือทางยูเวีย (uveal tract) ซึ่งประกอบด้วยม่านตา (iris) และซิเลียรีบอดี (ciliary body) อยู่ทางด้านหน้า ด้านหลังคือคอรอยด์ (choroid) รูม่านตา (pupil) เป็นช่องว่างกลางม่านตา ม่านตามีกล้ามเนื้อ ทำหน้าที่ปิดเปิดรูม่านตา เพื่อจัดแสง ที่ผ่านเข้า ภายในลูกตาให้มีปริมาณพอเหมาะ กล้ามเนื้อซิเลียรี ช่วยแก้วตา (lens) จัดตัวรวมแสงขณะมองวัตถุในระยะต่างๆ ซิเลียรีโพรเซส (ciliay process) มีเอ็นยึดติดกับ แก้วตา ภายในชั้นยูเวียมีหลอดเลือดมาเลี้ยงอวัยวะ ส่วนหน้าและส่วนหลังของลูกตาและชั้นจอตาหรือเรตินา (retina) ชั้นนอก
ผนังชั้นในของลูกตาคือจอตา เป็นชั้นประสาท ตาและแมคูลา (macula) เป็นบริเวณที่รับความรู้สึกเห็นได้คมชัดที่สุด ที่ก้นตาเป็นที่รวมของประสาทจากจอตา เรียกว่า จานออปติก (optic disc) เป็นที่เริ่มต้นของ ประสาทตา (optic nerve) จอตามีเซลล์ประสาทหลาย ชนิดรับแสงสว่างและเกิดปฏิกิริยาเคมี แล้วเปลี่ยนเป็น ความรู้สึกต่อทางประสาทตาไปยังสมองใหญ่
ห้องหน้าลูกตา (anterior chamber) เป็นช่องระหว่างกระจกตากับม่านตา ภายในมีน้ำเลี้ยงตา (aqueous humour) เป็นแหล่งให้อาหาร ยา และออกซิเจน แก่แก้วตาและกระจกตา แรงดันภายในลูกตาปกติ ๑๕- ๒๒ มิลลิเมตรปรอท แก้วตาอยู่หลังม่านตามีรูปร่างเป็น เลนส์นูนทั้งด้านหน้าและหลัง ตรงบริเวณศูนย์สูตร มีรูปเรียว มีเอ็นยึดกับส่วนซิเลียรีโพรเซส แก้วตามี หน้าที่รวมแสงในระยะต่างๆ ที่มองให้ตกที่โฟเวียเซนทราลิส (fovea centralis) ซึ่งเป็นแอ่งกลางแมคูลา ในชั้นจอตาขณะมองเพ่งวัตถุ ขณะเดียวกันจอตาบริเวณอื่น ก็รับความรู้สึกเห็นสิ่งที่อยู่รอบๆ วัตถุที่กำลังเพ่งมองนั้น แก้วตาของหนุ่มสาวที่มีสายตาปกติทำงานเหมือน เลนส์นูนที่มีกำลังรวมแสงหลายขนาดอยู่รวมกันคือ สามารถรวมแสง และจัดตัวเอง ให้จอตามองเห็นวัตถุใน ระยะต่างๆ กัน ได้ชัดทุกระยะ ทั้งนี้เพราะกล้ามเนื้อ ซิเลียรีมีกำลังดี และแก้วตามีความยึดหยุ่นดีสามารถโป่งออกทางด้านหน้าได้มากเวลามองของใกล้ เมื่อย่างเข้าวัยสูงอายุ กำลังของกล้ามเนื้อน้อยลง และการยึดหยุ่นของแก้วตาก็น้อยลงจึงต้องใช้แว่นตาช่วยเวลาทำงานใกล้
หลังแก้วตามีเนื้อวุ้นตา (vitreous) บรรจุเต็มช่อง ภายในลูกตาส่วนหลัง เนื้อวุ้นตามีลักษณะคล้ายวุ้น โปร่งแสง ปราศจากสี เป็นทางให้แสงผ่านไปถึงจอตา และมีหน้าที่ตรึงจอตาไว้ไม่ให้หลุดลอกออก
ตาจะทำหน้าที่ได้ดีเมื่ออวัยวะต่างๆ และการทำงานของประสาทอยู่ในสภาพปกติ