Một ứng dụng quan trọng của quang học Fourier là phép lọc không gian. Trong phương pháp này, phổ không gian của vật thể được tạo ra trên mặt phẳng ảnh của thấu kính, sau đó, một số tần số không gian bị lọc bỏ (bằng cách dùng tấm che tại vị trí tương ứng), phổ đã lọc được dùng để tái tạo ảnh mới của vật thể, thông qua thấu kính hội tụ nằm đằng sau có cùng mặt phẳng ảnh (biến đổi Fourier ngược, do ánh sáng đi từ mặt phẳng ảnh của thấu kính này trở ra).

Ví dụ, nếu muốn tạo ảnh có viền ngoài nét hơn, có thể che bớt phần trung tâm trên mặt phẳng ảnh, chỉ để cho các tần số không gian cao được truyền qua cho việc tái tạo ảnh.

Bản thân phép lọc không gian được ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau như chụp đạn đạo, lọc laser,...

Quang học Fourier cũng được dùng trong thí nghiệm Abbe.