El SST es un telescopio refractor, con un diseño óptico único. Su lente hecha de sílice fundida (cuarzo sintético) tiene un diámetro total de 1,07 m y una apertura efectiva de 0,97 m. La luz se envía al sótano del edificio mediante dos espejos de 1,4-m emplazados en la torreta en lo alto de la torre. El tubo del telescopio trabaja a vacío para evitar la degradación de la imagen por el aire caliente. La parte inferior del tubo se refrigera mediante agua fría para evitar daños debidos al calor producido por la radiación solar. La imagen producida por una sola lente es de mala calidad porque los diversos colores se enfocan a diferentes distancias de la lente. El SST salva este problema dirigiendo la luz a un corrector Schupmann, que reúne todos los colores en un único foco. El obstáculo principal para las observaciones solares es la atmósfera terrestre, cuya falta de homogeneidad y turbulencia producen imágenes borrosas, incluso en los excepcionales cielos de La Palma. La mayoría de estos problemas se pueden corregir con óptica adaptativa. Así, el SST cuenta con un espejo adaptativo que se deforma hasta 1.000 veces por segundo. Las imágenes resultantes se someten a un proceso de reconstrucción con técnicas de cálculo, desarrolladas para este propósito.