Принцип Ферма объясняет распространение света в различных средах следующим образом: проходя из одной точки в другую через разные среды, луч будет иметь траекторию, которая минимизирует время, затраченное на путь, то есть будет иметь минимальную оптическую длину пути. 2

Для однородной среды принцип Ферма приводит к закону прямолинейного распространения света, поскольку прямая — это кратчайшее расстояние между двумя точками, и, следовательно, время распространения наименьшее. 4

Если свет падает на границу раздела двух оптически различных сред (сред с разными показателями преломления или с разными скоростями распространения света), то выполняются законы отражения и преломления света, которые тоже непосредственно вытекают из принципа Ферма. 4

Например, в воде свет распространяется медленнее, чем в воздухе, поэтому вариант с продвижением по прямой отпадает, нужно искать обходные пути. 2 Оптимальным оказывается компромиссный маршрут, максимально сокращающий путь луча в среде, где его скорость снижена, для достижения конечной точки за минимальное время. 2