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1: cristallin 2:muscle ciliaire 3:sclérotique 4:anneau osseux de la sclérotique 5: humeur vitrée 6: choroide 7:nerf optique 8:peigne 9:rétine 10: iris 11: chambre anterieure de l'oeil 12: cornée
L'oeil de ces oiseaux est caractérisé par le développement considérable de la cornée et la grande ouverture de la pupille, ce qui leur permet d'utiliser au maximum la faible quantité de lumière présente la nuit. C'est la raison pour laquelle les rapaces nocturnes réussissent à voler sans heurter les obstacles par une nuit sans lune. Cependant, ils ne voient rien dans l'obscurité absolue. Leur rétine comporte surtout des cellules en bâtonnet, sensibles à la lumière (environ 90 % chez la chouette hulotte), mais aussi des cellules en cône grâce auxquelles ils peuvent distinguer les principales couleurs.
Beaucoup de gens croient que les rapaces nocturnes sont incapables de voir dans la journée mais ils se trompent. La vision diurne de ces oiseaux est excellente et souvent même supérieure à celle de l'homme ! D'ailleurs ils réagissent fort bien à la présence d'oiseaux qui passent haut dans le ciel oû ils ne sont visibles que comme des points, et regardent le soleil en face sans être gênés. Cependant, tous les rapaces nocturnes semblent presbytes (difficulté à voir nettement de près) car ils ne reconnaissent rien à faible distance : par terre ils ne voient pas les aliments situés près de leurs pattes et doivent les tâter avec les doigts ou les vibrisses (plumes raides entourant le bec) pour les identifier.
Les chouettes et hiboux ont de grands yeux, souvent très sensibles, qui leur permettent de voir dans l'obscurité, mais les vrais nocturnes utilisent leur troisième paupière, ou membrane nictitante, pour se protéger de la violente lumière du jour.Ceux qui chassent le jour ont moins de sensibilité visuelle. La taille des yeux a représenté une autre gageur dans leur évolution. Le harfang des neiges, par exemple, qui mesure 60cm de haut, a des yeux aussi gros que ceux d' un homme. Bien sûr, de si énormes globe oculaires ne sont pas très mobiles. Pour pallier le problème du champ visuel étroit, ces oiseaux ont développé un cou très flexible : ils tournent leurs têtes sur 270° environ. Il est cependant faux qu'ils soient capable de faire un tour complet sur eux-mêmes en regardant toujours dans la même direction.