Refracción de luz
En la 4.a ley de la óptica geométrica se ha hecho referencia al rayo refractado indicando que:
– Está en un mismo plano con el rayo incidente y la normal a la superficie en el punto de incidencia.
– Forma con la normal un ángulo de refracción r tal que la razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción tiene un valor constante, llamado índice de refracción del segundo medio con respecto al primero:
Cuando se trata de una superficie que no es plana, la normal es la recta perpendicular a la tangente de la superficie de separación en el punto de incidencia.
Si el ángulo de refracción es menor que el de incidencia (el rayo refractado se aproxima a la normal), se dice que el medio
es ópticamente más denso que el 
o mas refringente. Esto no significa que necesariamente el medio 
sea físicamente más denso, condición que se da en muchas ocasiones, pero no en todas.
Si el rayo incidente coincide con la normal a la superficie no se produce desviación, es decir, i = 0 y r = 0.
El índice de refracción n al cual se refiere la ley es relativo del medio donde se propaga el rayo refractado con respecto al medio donde se halla el rayo incidente.
Si el medio donde está el rayo incidente es el vacío, el índice es absoluto del medio donde se refracta.
Siendo
Cuando el rayo incidente está en el medio 
y el refractado en el 
. Si el incidente está en 
y el refractado en 
se tendrá:
Donde n´ es el índice de refracción de 
con respecto a 
.
Construcción del rayo refractado
La construcción Reush, consiste en trazar, con centro en el punto de incidencia, dos circunferencias: una de radio igual a la unidad y otra de radio igual a n.
La prolongación del rayo incidente corta a la circunferencia de radio 1 en el punto T. La paralela a la normal trazada por T corta la circunferencia de radio n en T´. El rayo refractado pasa por T´, pues en el triángulo 
:
En el triángulo 
Siendo QT = Q´T´, por tratarse de lados opuestos de un paralelogramo, resulta:
Angulo limite
Dado un rayo que al pasar del medio 
al medio 
se acerca a la normal (r < i), si recorre el camino inverso (i < r), al aumentar el ángulo de incidencia aumentara el de refracción hasta llegar r al valor 90°, verificándose:
Se llama reflexión total todo rayo que incide con un ángulo mayor que el ángulo limite no sufre refracción, sino sólo reflexión.
Imagen por refracción en superficies planas
Dado un punto P en el medio 
, la ubicación del punto 
visto por un observador que esté colocado en el medio 
, se obtiene considerando un rayo PI incidente en la superficie de separación, el cual se refracta según 
. La prolongación de 
corta a la normal PO en 
.
Para calcular la distancia 
se obtiene:
De donde:
Además, en POI:
Por lo tanto:
Cuando los ángulos i y r son muy pequeños se puede admitir por aproximación que:
Entonces, si los rayos originados en P forman ángulos muy pequeños, se obtiene una imagen única, y la superficie se puede considerar aplanética.
Cuando son ángulos mayores, pero los hacen poseen pequeña abertura, la imagen se aproxima a la superficie.
Una experiencia simple nos permite observar este fenómeno: al introducir un palo dentro de un recipiente con agua, aparentemente se quiebra a nivel de la superficie del agua.