Lorsqu'un électron envoie son énergie sous forme de lumière, il l'envoie dans toutes les directions. Il n'y a donc pas un mais des rayons de lumière. Il se trouve juste que celui qui nous intéresse est celui qui vient de la source à notre œil.

Si un second électron reçoit un de ces rayons de lumière, il va absorber son énergie puis la restituer comme l'a fait le premier électron: dans toutes les directions. Ce qui venait donc d'une direction particulière est donc distribué dans toutes les directions. C'est ce qu'on appelle la diffusion.

Dans certains cas (photosynthèse, vision, chaleur...), les électrons ne restituent pas la lumière reçue mais convertissent son énergie en une autre forme. L'œil converti l'énergie en signal électrique, le chloroplaste d'une feuille en énergie chimique, ou l'énergie est simplement convertie en vibration de la matière - ce qu'on appelle une augmentation de température. On appelle ce phénomène l'absorption.

Certains matériaux comme l'eau ou les métaux polis ont une propriété intéressante: il peuvent renvoyer une partie d'un rayon lumineux dans une seule direction, sans l'absorber ni le diffuser. C'est la propriété fondamentale des miroirs. On appelle la transmission d'un rayon lumineux de la sorte la réflexion.

Comme ce qui nous intéresse est le trajet de la lumière avant son absorption ou sa diffusion, c'est ce dernier phénomène que nous allons étudier.

Une première expérience qui confirme notre modèle de "lumière en tant que collection de rayons" est l'expérience de la chambre obscure, camera obscura.

Si on dispose deux sources de lumières, l'une mauve, l'autre verte, on obtient une surface bleue sur un mur (c'est ce que nous voyons lorsqu'on parle de colorimétrie). Si on pratique un petit trou sur la surface, certains des rayons de lumière peuvent passer. Ceux qui viennent du bas se retrouvent en haut sur un écran placé derrière le mur, et ceux qui viennent du bas se retrouvent en haut.

En prenant un objet éclairé (c'est à dire diffusant de la lumière dans toutes les directions), certains rayons provenant de chaque partie de l'objet passent par le trou et atteignent l'écran. On obtient alors sur l'écran une image inversée de l'objet.

La réflexion est un cas particulier de la diffusion: au lieu de renvoyer la lumière dans toutes les directions, certains matériaux (la surface de l'eau, les métaux... ) renvoient au moins une partie des rayons lumineux qu'ils reçoivent dans une direction opposée.

La loi de Snell dit que l'angle que fait le rayon reflété avec la normale est égal à l'angle que fait le rayon incident avec la normale. Ce qu'on appelle la normale à la surface est une ligne imaginaire perpendiculaire à la surface réfléchissante et passant au point où la réflexion se produit.

Un exemple typique de surface réfléchissante est le miroir, qui consiste en général en une fine couche d'aluminium poli sous une couche de verre ou de plexiglas.

En reproduisant le trajet de la lumière qui vient des bords d'un miroirs à l'observateur, on peut reproduire le champ de vision donné par le miroir. On note que tout ce qui est contenu entre les deux lignes (zone rouge sur l'illustration) peut être vu par l'observateur.

Le champ de vision d'un miroir dépend de la position de l'observateur par rapport au miroir. On peut toutefois déterminer une quantité qu'on appellera θ_T qui est l'angle total parcouru par le regard de l'observateur avec le miroir.

Imaginons que nous pivotions le miroir vers la gauche (sens antihoraire) de Δθ. Les deux angles θ₁ et θ₂ sont réduits tous les deux de Δθ. Pivoter le miroir vers l'observateur réduit donc le champ de vision du miroir du double de l'angle Δθ.

Si on fait l'inverse, on augmente les deux angles de Δθ. Pivoter le miroir au loin de l'observateur (sens horaire) augmente donc le champ de vision du miroir du double de l'angle Δθ.

Il existe par ailleurs des miroirs convexes qui augmentent le champ de vision et des miroirs concaves qui le réduisent. Dans ce cas, les normales à la surface passent par le centre géométrique du miroir.