La marcha de los rayos está gobernada por la Ley de Snell, así llamada en honor a Willebrord Snell van Royen (Leiden, 1580-1626), también conocido como Snellius, un astrónomo y matemático holandés.

Siendo n₁ y n₂ los índices de refracción de los medios por los que viaja la luz, se cumple que:

donde Θ₁ y Θ₂ son los ángulos que forman los rayos incidente y refractado con la recta normal a la superficie de separación de los medios. Si el segundo medio es mas denso ópticamente (jerga de los físicos), n₁ < n₂, entonces el rayo refractado se acerca a la normal. Si, en cambio el segundo medio es menos denso, el rayo refractado se aleja de la normal.

En el esquema de acá al lado podría tratarse de aire (arriba) y agua (abajo). Acá tenés un interactivo muy bien hecho en el que podés variar los ángulos de incidencia y los índices de refracción.

Ese ángulo se llama ángulo límite, L, (o ángulo crítico) porque más no se puede alejar el refractado de la normal (reingresaría al primer medio). De hecho es lo que ocurre si el ángulo de incidencia supera al ángulo límite... el rayo llega a la superficie de separación de medios y reingresa como si de una reflexión se tratase... pero no lo es.

Esta reflexión obligada, a diferencia de las reflexiones en las superficies espejadas, refleja el 100% de la luz incidente, y por eso se la llama reflexión total, y algunos la conocen como reflexión interna total.

Las fibras ópticas, por ejemplo, hacen uso del fenómeno de la reflexión total. Se trata de un plástico polímero, o a veces un vidrio, o cualquier otro material transparente apropiado, flexible, por el que viaja un haz de luz. Cuando el haz toca las paredes de la fibra incide con un ángulo superior al ángulo límite y, por lo tanto, regresa al interior de la fibra. No importa mucho cuán larga sea la fibra ni cuantas veces rebote la luz en sus paredes internas. En el extremo opuesto al que se ilumina se podrá colectar toda la luz inyectada.

Para las comunicaciones por cable a larga distancia la fibra óptica ha desplazado al cable eléctrico, con creces.

Otros ejemplos clásicos son los prismáticos, las cámaras telecomandadas para exploraciones endoscópicas (uso medicinal), etc.

• Los lentes fotográficos y de otros artefactos ópticos poseen recubrimientos antireflectantes. En general se trata de delgadísimas capas de sales inorgánicas o polímeros de índice de refracción muy bajo, cercano al del aire.
• Los espejos astronómicos (los mejores espejos construídos) utilizan plata depositada o aluminio vaporizado en alto vacío.
• El índice de refracción de un medio depende no sólo de las propiedades del medio sino también de la longitud de onda de la luz que lo esté transitando. O sea, del color. Cada color tiene -para cada medio- un índice de refracción ligeramente diferente. Esa pequeña diferencia hace que refracten ligeramente divergentes separándose y formando vistosos colorinches. El más famoso de ellos: el arcoiris.