Cuando la luz atraviesa un medio de densidad variable, o pasa de un medio a otro de diferente densidad (por ejemplo el aire caliente al frío o del aire al agua, o del agua a un cristal) se altera la velocidad del rayo de luz y el rayo se dobla o se "refracta".

En una variación continua de la densidad se produce también una variación continua de la dirección, lo que es causa del tamaño del Sol o de la Luna en su salida y su ocaso.

La refracción de la luz solar en la atmósfera produce otros muchos efectos interesantes. Aparte del arco iris, quizás los más conocidos son el halo solar o lunar y los espejismos.