双折射现象发现于1669年。当一平面光波从真空或从一媒质射入各向异性光学媒质时,一般会产生两个折射平面波,分别以相速度v'和v″传播。光线速度相应为v惤和v惥,这就是双折射。以θi表示入射单色平面光波的入射角,θ惤和θ惥表示两折射波的折射角,v表示入射波的相速度,则两折射光的波矢均位于入射面内,且有 即每一个折射波都遵从折射定律。但是现在v┡和v″分别依赖于θ惤和θ惥,并且两折射光线不一定在入射面内。这些都与各向同性光学媒质不同。在正入射的特殊情况,θi=0,所以θ惤=θ惥=0,但v┡和v″并不相等,因此一般仍有两束折射光。光轴与光线轴 在非旋光性光学媒质中,给定一波矢方向k,一般只允许D振动平行于两个特定方向D┡和D″的单色平面波传播,它们有着不同的相速度和β值。D┡和D″为互相正交的单位矢量,并且都是k的函数,这就是晶体对光波传播的起偏作用(见本条折射率椭球节及图2)。但是存在某些特殊方向,单色平面波沿这些方向传播时,其D振动可在波阵面上取任意方向而相速度相同,这些方向称为各向异性光学媒质的光轴。完全相似,当给定光线方向t时,一般只允许E振动平行于两特定方向E┡和E″的单色光线传播,它们有着不同的光线速度;相应的相速度也不相同。E┡和E″也互相正交,并且都是t的函数。但是存在某些特殊方向,单色光线沿这些方向传播时,其E振动可在垂直于t的平面上取任意方向而光线速度相同,这些方向称为各向异性光学媒质的光线轴。