ลองนึกภาพช้อนที่วางอยู่ในน้ำครึ่งแก้ว ช้อนดูเหมือนจะงอที่ขอบอากาศและน้ำ เนื่องจากแสงที่ส่องลงมาที่ดวงตาจากใต้น้ำจะเปลี่ยนทิศทางเมื่อผ่านขึ้นไปในอากาศ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการหักเห มีปัจจัยหลายประการที่กำหนดมุมที่รังสีแสงจะโค้งงอเมื่อผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง
หากรังสีแสงข้ามจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง เช่น จากอากาศสู่กระจก ซึ่งตั้งฉากกับพื้นผิวระหว่างตัวกลาง รังสีจะไม่เปลี่ยนทิศทาง มันจะผ่านไปทางขวา อย่างไรก็ตาม ถ้ามันกระทบพื้นผิวในมุมหนึ่งกับแนวตั้งฉาก มันจะเปลี่ยนทิศทางเมื่อเคลื่อนเข้าสู่ตัวกลางที่สอง มุมที่รังสีแสงทำกับเส้นตั้งฉากในตัวกลางแรกเรียกว่ามุมตกกระทบ มุมที่รังสีแสงทำกับเส้นตั้งฉากในตัวกลางที่สองเรียกว่ามุมหักเห ความสัมพันธ์ระหว่างมุมตกกระทบ (i) กับมุมหักเห (r) ถูกกำหนดโดยกฎของสเนลล์: บาป (r)/ บาป (i) = ni/nr โดยที่ ni คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางตัวแรก และ nr คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางตัวที่สอง สำหรับสื่อคู่ที่ตายตัว ni/nr ได้รับการแก้ไขแล้ว ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อมุมตกกระทบ i เปลี่ยนแปลง มุมการหักเหของแสง r จะเปลี่ยนไปเช่นกัน
จากกฎของสเนลล์ คุณจะเห็นว่ามุมหักเหขึ้นอยู่กับอัตราส่วน ni/nr ของดัชนีการหักเหของแสงของสื่อทั้งสอง ถ้า nr มากกว่า ni เช่น เมื่อแสงผ่านจากอากาศ (ni = 1.0) ไปยังแก้ว (ni = 1.5) มุมหักเหจะเล็กกว่า มุมตกกระทบ กล่าวคือ รังสีแสงจะโค้งงอไปทางฉากตั้งฉากกับพื้นผิวระหว่างตัวกลางทั้งสองเมื่อผ่านเข้าไปในตัวกลางที่สอง ปานกลาง ถ้า nr น้อยกว่า ni รังสีแสงที่เข้าสู่ตัวกลางอื่นจะโค้งงอออกจากแนวตั้งฉากกับพื้นผิวระหว่างตัวกลางทั้งสอง
มุมหักเหขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงด้วย แสงที่มองเห็นได้ของสีต่างกันมีความยาวคลื่นต่างกันและดัชนีการหักเหของแสงต่างกันเล็กน้อย ความแตกต่างนั้นเล็กมากจนคุณมองไม่เห็นเมื่อแสงสีขาวส่องผ่านแผ่นกระจกแบนๆ เป็นต้น แต่เมื่อแสงสีขาวผ่านปริซึมและหักเหสองครั้งที่พื้นผิวทั้งสอง แต่ละสีจะโค้งงอในมุมที่ต่างกัน และคุณสามารถเห็นสีที่แยกจากกันอย่างชัดเจน
ในบางกรณี ดัชนีการหักเหของแสงในตัวกลางอาจขึ้นอยู่กับทิศทางที่แสงส่องผ่านตัวกลาง ผลึกแร่บางชนิดมีดัชนีการหักเหของแสงสองแบบในสองทิศทางและเรียกว่าวัสดุที่หักเหสองทาง ตัวอย่างเช่น ทัวร์มาลีนเป็นคริสตัลที่มีดัชนีการหักเหของแสงสองค่า: 1.669 และ 1.638 สำหรับวัสดุเหล่านี้ มุมการหักเหของแสงจะขึ้นอยู่กับการวางแนวของขอบระหว่างตัวกลางที่มีแกนพิเศษของคริสตัล