当一个短脉冲通过一个非线性介质时，克尔效应会在脉冲上造成一个相位延迟，在光轴上的光相位延迟最大（由于光轴上光强最大），距离光轴越远相位延迟越小。这个效果与透镜的效果类似，通过对波前的改变产生聚焦效果。这个效应叫做自聚焦效应，其对于被动锁模的激光器实现锁模（参阅克尔透镜锁模）和介质的光学损伤（灾难性的自聚焦作用）有很大的作用。以上是对于正的非线性系数n¬2而言的，对于负的非线性系数，这种非线性效应会造成自散焦。 

当一个光功率为P，光束半径为w的高斯光束通过一个厚度为d，非线性系数为n2的薄片状的非线性介质传播时，其克尔透镜的屈光度（焦距的倒数）为： 

以上公式只考虑了傍轴的抛物线近似下的相位变化。以上公式可以通过计算依赖于径向距离的相位变化，并将其与透镜的相位变化比较而得到。 

以上公式表明，对一个给定的光功率，克尔透镜效应会使得较强的光束的产生较强的聚焦效应，从而产生更高的光强。