При прохождении светового луча по прозрачным средам с различными значениями оптической плотности (n1 > n2) наблюдаются явления отражения и преломления света. Показателем преломления n среды называется отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде. Показатель преломления для каждого однородного материала или вещества является величиной постоянной. Для кварцевого стекла показатель преломления ~ 1,5.

При переходе луча из среды с большей оптической плотностью в среду с меньшей оптической плотностью (n₁ > n₂) угол преломления будет превышать угол падения света (γ > α ). За счет увеличения угла падения луча α можно достичь эффекта полного внутреннего отражения, когда свет не будет переходить границы разделения сред (γ≥90°), лежащего в основе принципа передачи света по оптоволокну. Угол падения луча, при котором наблюдается эффект полного внутреннего отражения, называется критическим углом ввода света в световод.

Чтобы луч распространялся по световоду, необходимо: вводить луч под углом не более критического по отношению к оси световода, использовать для передачи света две среды с разной оптической плотностью (показателем преломления).

Именно поэтому оптоволокно состоит из сердцевины из оптически более плотного кварцевого стекла и оболочки волокна с меньшей оптической плотностью.

Максимально допустимый угол ввода света в световод (по отношению к оси световода) получил название апертурного угла ввода, синус данного угла называется числовой апертурой световода, которая вычисляется по формуле: , где θ_max - апертурный угол ввода света в оптоволокно, n₁ - показатель преломления сердцевины, n₂ - показатель преломления оболочки оптоволокна.