Gli oggetti illuminati dalla luce la diffondono, rendendosi così visibili essi stessi. Se però la loro superficie è ben liscia anziché scabra, la luce viene deflessa globalmente, e la superficie agisce come semplice rinvio. I fenomeni ottici che si verificano in tal caso sono la riflessione e la rifrazione.

Quando un raggio luminoso colpisce una superficie levigata che separi due mezzi aventi caratteristiche ottiche differenti, esso viene riflesso, cioè rinviato in direzione del primo mezzo. Il raggio incidente (quello che colpisce la superficie riflettente), la normale alla superficie nel punto di incidenza e il raggio riflesso giacciono sullo stesso piano. L'angolo di incidenza (i), quello cioè compreso tra la normale alla superficie e il raggio incidente, e l'angolo di riflessione (r), compreso tra la normale e il raggio riflesso, sono uguali. In natura non esistono corpi completamente riflettenti (così come non ne esistono di perfettamente trasparenti) e, in realtà, parte della luce incidente viene assorbita e parte rifratta.

Deviazione dei raggi luminosi che ha luogo sulla superficie di separazione due mezzi diversi (ad esempio la superficie di uno stagno, che separa l'aria dall'acqua). Il raggio che incontra la superficie è detto raggio incidente; quello che si propaga nel secondo mezzo, dopo aver attraversato la superficie di separazione, raggio rifratto. L'angolo di incidenza (i), cioè l'angolo compreso tra la normale alla superficie e il raggio incidente, e l'angolo di rifrazione (r), compreso tra la normale e il raggio rifratto, giacciono su uno stesso piano e sono legati dalla relazione: sen i / sen r = n. Il valore di n è detto indice di rifrazione del secondo mezzo rispetto al primo, ed è una costante tipica della coppia di materiali. Se il primo mezzo è il vuoto n è detto indice di rifrazione assoluto. Quando l'angolo d'incidenza è maggiore di quello di rifrazione si dice che il secondo mezzo è più rifrangente del secondo e viceversa. Nel caso che l'angolo d'incidenza sia nullo, il raggio non subisce deflessione alcuna. In genere, gli indici di rifrazione dei gas sono prossimi all'unità (l'aria, ad esempio, n = 1,000293), quello dei liquidi e dei solidi varia tra circa 1,3 e 2,8; i vetri da ottica hanno indici di rifrazione compresi tra circa 1,5 e 1,7. L'indice di rifrazione varia con lunghezza d'onda del raggio incidente, e quindi un fascio di luce policromatica le singole componenti spettrali vengono rifratte con angoli diversi dando origine al fenomeno della dispersione, responsabile dell'aberrazione cromatica nelle lenti.

Mentre nel passaggio da mezzo ottico meno rifrangente ad uno più rifrangente un raggio luminoso viene sempre rifratto, non sempre si verifica il contrario. Esiste infatti un determinato angolo di incidenza, detto angolo limite, oltre il quale un raggio luminoso anziché riemerge, subisce una riflessione totale sulla superficie di separazione tra i due mezzi. Il valore dell'angolo limite è determinato dalla legge della rifrazione sen i / sen r = n. Esiste infatti un determinato valore dell'angolo di incidenza i, per il quale l'angolo di rifrazione r vale 90°, ovvero il raggio rifratto corre parallelo alla superficie di separazione tra i due mezzi senza attraversarla. Per il vetro comune (n @ 1,5), l'angolo limite è di circa 42°. Il fenomeno della riflessione totale trova applicazione nella realizzazione di prismi.