Quando un raggio di luce che si propaga in un mezzo 1 che ha indice di rifrazione \( n_1 \) raggiunge la superficie di separazione (o ”interfaccia”) con un mezzo 2 che ha indice di rifrazione \( n_2 \neq n_1 \) si suddivide, in generale, in un raggio riflesso, ossia “rispedito” nel mezzo 1, ed in uno rifratto, che si propaga nel mezzo 2 ma con una direzione differente.
Per determinare la direzione del raggio riflesso e di quello rifratto è conveniente riferirci alla perpendicolare nel punto di contatto alla superficie di separazione (che può essere anche curva). Così facendo si ha (si veda la figura):
Se il raggio proviene dal mezzo con l’indice di rifrazione maggiore allora, poiché \( sen \theta_1 \leq 1 \), c’è un angolo critico di incidenza \( \theta_c \) oltre il quale il raggio incidente viene completamente riflesso. Tale condizione di riflessione interna totale sarà quindi data da \( \theta_c=n_1/n_2 \)