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이 갈라진 빛들 중의 하나(이상광선[異常光線]이라고 함)는 결정면에 수직으로 빛이 들어가더라도 굴절한다. 그러나 결정축(結晶軸)이라고 알려진 결정의 대칭축에 평행하게 빛이 들어간다면, 그 빛은 갈라지지 않는다. 이 방향을 광축(光軸)이라고 부르며 결정축에 평행하게 결정 전체에 걸쳐서 가상적인 선으로 나타낸다.

등축정계를 제외한 모든 투명한 결정들은 복굴절현상을 보인다.

방해석·얼음·운모·석영·설탕·전기석(電氣石) 등은 잘 알려진 몇 가지 예이다. 만약 연필로 그은 선을 유리로 덮는다면 1개의 상(像)만이 보일 것이나, 어떤 특정한 방향성을 가진 방해석으로 덮는다면 2개의 선이 관찰될 것이다. 또한 결정에 수직으로 평행광선이 들어간다면 스크린 위에 2개의 밝은 점이 보일 것이고, 빛의 방향을 축으로 하여 결정을 돌리면 정지해 있는 1개의 밝은 점 주위로 다른 1개의 점이 회전할 것이다. 그림은 방해석에서의 복굴절을 보여준다. AB가 나타내고 있는 것은 결정의 주단면(主斷面：즉 결정면들 중의 하나에 수직이고 광축을 포함하는 면)이다. C에서 결정면 위로 들어간 빛은 정상광선인 CO선과 이상광선인 CE선으로 갈라진다. 복굴절에서 2개의 빛 중 정상광선인 빛에 대해서는 굴절률(각각의 매질에서 굽어지는 각을 상대적인 값으로 표시한 수)이 그 빛이 들어가는 방향에 상관없이 일정하나 이상광선은 그 빛의 방향에 따라서 굴절률이 변한다. 이상광선의 굴절률이 광축에 수직인 곳에서 최소값을 나타내는 방해석과 같은 결정들은 음(陰)의 복굴절을 가진다고 한다. 그러나 석영과 같이 이상광선의 굴절률이 광축에 수직인 곳에서 최대값을 나타내면 양(陽)의 복굴절을 가진다고 한다. 물질 안에서 광속은 진공에서의 광속을 굴절률로 나눈 것과 같으므로, 석영에서보다 방해석에서 정상광선이 이상광선보다 빠르게 된다. 정상광선과 이상광선을 편광(偏光)시키면 두 파(波)들의 면들은 서로 수직이고 정상광선은 광축에 수직인 방향으로 진동하는 특징이 있다(→ 광탄성).