Полное внутреннее отражение света в оптических системах происходит при падении светового луча из среды с большей оптической плотностью в менее плотную среду. 4

В геометрической оптике явление объясняется в рамках закона Снеллиуса. 1 Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, при угле падения, синус которого больше отношения меньшего показателя преломления к большему показателю, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду. 1

Когда угол падения превышает критический угол, условия преломления больше не могут выполняться, поэтому преломлённого луча нет, и частичное отражение становится полным. 3

В соответствии с волновой теорией явления, электромагнитная волна всё же проникает во вторую среду — там распространяется так называемая «неоднородная волна», которая экспоненциально затухает и энергию с собой не уносит. 1