Yansıma ve Kırılma Işık ve başka elektromagnetik ışınım türlerinin en önemli özelliklerinden ikisi yansıma ve kırılmadır. Her iki olgunun da önemli uygulama alanları vardır.
Yansıma
Kendisi ışık salmayan bir cismin görülebilmesi için, bu cismin üzerine bir ışığın düşmesi ve cismin bu ışığı yansıtması, yani geri yollaması gerekir. Cismi görülebilir kılan, o cisimden yansıyıp göze gelen ışıktır. Isı, ses ve radyo dalgaları ile öteki elektromagnetik dalgalar da yansıyabilir.
Yansıtıcı yüzeydeki pürüzler yansıyan dalga boyuna oranla çok küçük değilse, düzgün bir yansıma gerçekleşmez. (Dalga boyu, birbirini izleyen iki dalganın tepe noktalan arasındaki uzaklıktır.) Girintili çıkıntılı ya da parçalanmış kayalıklar deniz dalgalarını yansıtmaz. Aynı biçimde, dalga boyu aralığı yaklaşık 400-740 nanometre (1 nanometre=0,0000001 cm) olan ışık dalgalarını da ancak son derece iyi parlatılmış yüzeyler düzgün biçimde yansıtır. Daha kaba yada pürüzlü yüzeyleri ise ışığı saçılıma uğratır; çünkü bu tür yüzeyleri eğim açıları birbirinden farklı, çok sayıda, çok küçük yüzey parçacığından oluşur ve bu parçacıkların her biri, ışığı bir doğrultuda yansıtan bir yansıtıcı işlevi görür. Bu maddenin basılı olduğu sayfa buna bir örnektir; sayfa beyaz gözükür, çünkü yüzeyindeki çok sayıda minik pürüz her doğrultuda beyaz ışık yansıtır.
Işık yada başka türden bir dalga hareketi düzgün bir yansıtıcıya çarptığında, yansıtıcı yüzeye hangi açıyla gelmişse o kadarlık bir açıyla geri bükülür. Düzlem (düz) aynaya bakan biri kendisinin doğal büyüklükteki görüntüsünü görür; ama, sol gözü görüntünün sağ gözü, sağ gözü ise görüntünün sol gözü haline gelmiştir. Ayrıca kendisi aynanın ne kadar önündeyse, görüntüsü de aynanın o kadar "ardında" gözükür. Bu sonuçları doğuran yansıma yasalarıdır. Yasalardan biri., cisimden gelen ışın hangi açıyla aynaya çarpmışsa, yansıyan ışığın da buna eşit bir açıyla aynadan ayrılacağını söyler. Her iki ışın da aynı düzlem üzerindedir; yani bu iki ışın düz bir kâğıt üzerine çizilebilir. Düz aynada oluşan görüntü ekran üzerine düşürülemez; bu, bir sanal görüntüdür. Düz aynadan yansıma basit bir periskopta kullanılabilir.
Eğri aynalar (yada eğri yüzeyli aynalar), tümsek (dışbükey) yada çukur (içbükey) olabilir. Tümsek aynanın ortası tümsek , çukur aynanınki ise çukur olur. Çukur ayna yakınındaki cismin büyütülmüş görüntüsünü verir ve böyle bir ayna bu özelliğiyle, sakal tıraşı olmak için, ayrıca diş hekimleri ve doktorlarca hastaların dişlerini, boğazını ve öbür organlarını muayene etmek için kullanılabilir. Yüzeyi paraboloit biçimindeki bir çukur ayna, odak noktasında tutulan bir ışık kaynağından gelen ışığı paralel bir demet halinde yansıtır. Bu nedenle paraboloit yüzeyli aynalar, ışıldaklar (projektörler), otomobil farları ve uzun demetli el fenerlerinde kullanılır. Tümsek aynaların verdiği görüntü cismin kendisinden daha küçüktür ve bu tür aynalar, örneğin bir taşıtın ardında kalan yolu bütün genişliğiyle gösterebilen dikiz aynası olarak kullanılır.
Isı dalgalarının dalga boyu ışık dalgalarınınkinden biraz daha büyüktür. Isı dalgaları da düzgün yüzeylerce yansıtılabilir; elektrikli sobalarda genellikle eğri yada çanak biçiminde bir yansıtıcı bulunur. Sesin yansıması yankıya neden olur. Mikrodalga fırınları, mikrodalgaların fırının iç yüzeyinden yansımasına dayalı olarak çalışır. Yapma uydulardan gelen radyo dalgalarını ve mikrodalgaları odaklamak için çukur yansıtıcılar kullanılır. Astronomi teleskoplarının çoğunda yansıtıcılardan yararlanılır. Işık toplama gücü 24.000 km uzaktaki bir mumdan gelen ışığı saptayabilecek yeterlikte olan dünyanın en büyük aynalı teleskopunun, 6 metre çapında bir aynası vardır.
Kırılma
Kırılma, bir ışık ışınının (yada bir başka elektromagnetik ışınımın) bir saydam maddeden bir başkasına, örneğin havadan suya yada cama geçerken doğrultusunu değiştirmesidir. Kırılmaya ışık hızındaki değişme neden olur. Işık uzayda yada boşlukta saniyede yaklaşık 300.000 km hızla ilerler. Ama suda saniyede yaklaşık 225.000 km yol alır. Demek ki ışık ışınları suya girdiğinde yavaşlar ve su yüzeyine dik açıyla (90°Tik açıyla) gelmemişse bükülmeye uğrar. Yarısı suyun içinde, yarısı dışında olan bir kalem yada benzeri bir cismin, belirli açılardan bakıldığında suyun yüzeyinde bir kıvrım yapıyormuş gibi gözükmesinin nedeni budur. Sualtında bulunan bir cisimden göze gelen ışık ışınları da, sudan ayrılırken bükülmeye uğrar. Yüzme havuzlarının yada suyu berrak ırmakların gerçekte olduğundan daha az derin gözükmesi ve bir göl yada ırmak dibinde bulunan bir cisme uzun bir sırıkla ilk denemede dokunabilmenin güçlüğü bu durumdan kaynaklanır.
Cam ve benzeri saydam katılar da ışığı kırar. Her maddeye göre değişen bu kırılmanın büyüklüğü, maddenin kırılma indisCne bağlıdır. Pencerenin dışındaki bir cisimden gelen ışık hem pencere camına girerken, hem de camdan çıkarken bükülür. Camın iki yüzü paralel olduğu için gelen ve kırılan ışınlar camın her iki yanında da aynı doğrultuda yol alır ve dışarıdaki cisim gerçek konumunda görülür. Özel olarak biçimlendirilmiş cam parçaları olan mercekler, ışık ışınlarını kırılmaya uğratarak ya onların bir araya toplanmasına (yakınsamasına) yada dışa doğru yayılmasına (ıraksamasına) neden olur. Mercekler ve merceklerin optik aletlerdeki kullanımı MERCEK maddesinde ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Teleskoplarda mercek kullanımı konusu ise TELESKOP maddesinde ele alınmıştır. 300 yılı aşkın bir süre önce Isaac Newton beyaz ışığın kırılmaya uğratılabileceğini ve gökkuşağını yada görünür tayfı oluşturan farklı renklerdeki ışınlara ayrıştırılabileceğini göstermişti. Bu ayrışma, kırılma büyüklüğünün dalga boyuna da bağlı olmasından kaynaklanır; kırmızı ışık görünür ışığın en uzun dalga boylusu ve en az kırılmaya uğrayanı iken, mor ışık en kısa dalga boylusu ve en çok kırılmaya uğrayanıdır.
Tam Yansıma Işık camdan havaya (yada kırılma indisi daha düşük olan bir ortamdan, kırılma indisi daha yüksek bir ortama) geçerken bir kritik açı vardır; ışığın geliş açısı eğer bu kritik açıya eşitse, büyük bir bölümü camın yüzeyinden içe doğru yansırken bir bölümü de tam anlamıyla bu yüzeyi sıyırarak, yani 90°'lik bir kırılma açısıyla camdan ayrılır. Eğer gelen ışınlar kritik açıdan daha büyük bir açıyla cam/hava sınırına çarparsa, o zaman ışık bütünüyle yansır. Buna tam yansıma denir. Prizmalar tam yansıma için kullanılabilen, özel olarak biçimlendirilmiş (çoğu kez üçgen kesitli) cam parçalarıdır. Bunlar ışığı aynalardan daha çok yansıtır ve dürbünlerde, bisiklet yansıtıcılarında ve bazı periskoplarda kullanılır.