SỰ KHÚC XẠ
Ánh sáng rơi tới biên ngăn cách hai môi trường trong suốt thì một phần bị phản xạ ngược lại vào môi trường thứ nhất, còn một phần bị khúc xạ và truyền vào môi trường thứ hai.
Định uật chi phối sự khúc xạ từng được tìm kiếm bởi các học giả người Hy Lạp, rồi người Ai Cập. Vitellius, người gốc Ba Lan, sống ở Italia vào thế kỷ XIII, đã khám phá tính chất thuận nghịch của tia sáng: góc giữa các tia sáng và pháp tuyến mặt ngăn cách không phụ thuộc vào việc ánh sáng cắt mặt khúc xạ từ phía nào. Nhưng tác giả của định luật khúc xạ được quy cho người Hà Lan Villebrod Snell (1580 - 1626), người đã khám phá ra định luật này bằng thực nghiệm vào năm 1621.
Snell rằng tỉ số sin góc tới 
trên sin góc khúc xạ 
luôn là một hằng số. Về sau người ta khám phá ra rằng vật chất càng đặc xít thì tỷ số sin/sin
càng lớn. Đại lượng n được gọi là chỉ số khúc xạ ( hay chiết suất của hai môi trường. Hiện tượng ấy được giải thích rất mâu thuẫn trong cả hai lý thuyết, hạt cũng như sóng. Descartes cho rằng tốc độ các hạt ánh sáng trong môi trường càng xít đặc hơn sẽ càng lớn hơn so với trong không khí. Khi rơi tới gần bề mặt môi trường đậm đặc hơn, các hạt bị hút tới nó và bị gia tốc lên. Lực tác dụng lên chúng hướng vuông góc với mặt giới hạn của vật, mà vì thế chỉ làm biến thiên thành phần vận tốc hướng vuông góc với mặt khúc xạ.
Huygens thì khẳng định ngược lại: môi trường càng đặc xít thì sóng truyền trong đó càng chậm. Ông giải thích sự khúc xạ cũng giống như sự phản xạ: sóng khúc xạ đó là hình bao của các sóng nguồn thứ cấp, từ đó, chúng truyền chậm hơn trong môi trường xít đặc hơn. Chỉ số khúc xạ phản ánh một điều là vận tốc trong môi trường thứ hai nhỏ hơn bao nhiêu lần so với trong môi trường thứ nhất.
Sự khúc xạ là nguyên nhân xuất hiện các ảo ảnh trên bầu trời và trên sa mạc. Khi tia sáng mặt trời đi qua các lớp không khí loãng trên cao hay các lớp không khí bị hun nóng gần mặt đất, chúng bị uốn cong và có thể tạo ra các ảo ảnh tàu buồm lơ lửng trên không trung hoặc một ốc đảo sống động giữa vùng cát nóng vô tận, mà thực ra là nằm dưới chân trời.
Các luận chứng mới có lợi cho lý thuyết sóng đã xuất hiện rất bất ngờ. Khoảng năm 1660 nhà toán học Pháp Pierre de Fermat (1601 - 1665) đã thử áp dụng vào hiện tượng khúc xạ nguyên lý quãng đường cực tiểu của Heron - cái nguyên lý đã từng được sử dụng trong trường hợp truyền sóng và phản xạ sóng. Nhưng con đường ngắn nhất phải là đường thẳng, chứ sao lại là đường gãy khúc? Fermat lý luận: chúng ta giả thiết ánh sáng chuyển vận trong các vật chất khác nhau với vận tốc khác nhau, khi đó cái cần phải tìm không phải là con đường ngắn nhất, mà là con đường nhanh nhất. Ông giải thành công bài toán ấy một cách xuất sắc bằng lý thuyết rút ra được định luật khúc xạ và thiết lập được rằng tia khúc xạ bị lệch về phía môi trường xít đặc hơn nơi mà vận tốc ánh sáng nhỏ hơn. Phương pháp xây dựng quỹ đạo tia sáng như thế được gọi là nguyên lý Fermat hay nguyên lý thời gian cực tiểu. Người ta sử dụng nguyên lý ấy cả cho những trường hợp bài toán phức tạp hơn nhiều.
Khi ranh giới ngăn cách hai môi trường vật chất không rõ rệt thì chỉ số khúc xạ (chiết suất) biến đổi từ từ và khi đó tia sáng không bị gãy khúc rõ rệt, mà bị uốn cong từ từ, đó cũng gọi là hiện tượng khúc xạ. Ví dụ như khi hoà tan một viên đường trong cốc nước, thì các lớp bên dưới có nồng độ đặc hơn, do đó có chiết suất lớn hơn so với các lớp trên.
Khí quyển Trái Đất là một môi trường có mật độ biến đổi dần dần, vì thế tia sáng mặt trời đi qua khí quyển bị uốn cong dần dần về phía các lớp đặc hơn và tạo ra ấn tượng dường như mặt trời ở cao hơn so với vị trí thực của nó. Khi rạng đông hay lúc hoàng hôn, sự sai lệch ấy đạt tới 0,50, tương đương kích thước góc của đĩa Mặt Trời. Vậy là nếu Trái Đất không có khí quyển thì ''ngày'' của hành tinh chúng ta sẽ ngắn hơn một chút.
