Commençons par la réfraction. Un rayon lumineux qui entre dans un bocal plein d'eau change de direction.

La raison profonde est que la vitesse de la lumière n'est pas la même dans l'air et dans l'eau. En fait, chaque fois qu'un rayon lumineux change de milieu, il change de direction, si la vitesse de la lumière dans ce milieu change. Ce changement de direction obéit à une loi, la loi de Snell-Descartes, qui fait intervenir les directions (les angles) et la vitesse de la lumière dans les milieux considérés.

Poursuivons par la réflexion. Un rayon lumineux qui frappe une surface métallique bien polie, change de direction et prend une direction symétrique (voir la figure).

La raison profonde de cette réflexion est liée au fait que la surface métallique conduit l'électricité ! Bizarre ! Les électrons libres de la surface métallique absorbent le rayon et le réémettent aussitôt. Ceci explique que les matériaux isolants, comme le verre, soient de mauvais réflecteurs (sauf si on les recouvre d'une mince couche métallique comme les astronomes le font pour les miroirs en verre de leurs télescopes).

Poursuivons par la diffusion. Si un rayon lumineux entre dans un milieu empli de fines particules (comme les gouttelettes d'eau du brouillard) ou s'il se réfléchit sur une surface non polie, le rayon incident repart dans toutes les directions. On dit qu'il est diffusé.

Le rayon incident est absorbé et réémis de manière non cohérente (l'onde incidente subit une multitude de petits décalages, que l'on appelle des déphasages, selon les différentes directions et elle repart comme une multitude de petites ondes indépendantes).