光波在介質中的傳播可由介質中的麥克斯韋等式組精確描述。物質等式描述了感應電磁場（D、B）與電磁場（E、H）、極化場（P、M）之間的關系。不考慮非線性效應，而僅在線性光學的情形下討論，這么極化場與電磁場之間呈線性關系。借助上述這種等式可以推導入在各向同性、均勻、無磁性、無自由電荷及電壓的介質中的波動多項式。電場與磁場之間存在固定的關系，所以只須要考慮電場即可，磁場可以由電場得到。
在求解波動多項式時，假若不考慮介質的色散，并且假設電磁波沿z軸方向傳播，這么波動多項式可以進行簡化。簡化后的波動多項式有一個最基本的特解——平面波解，而其他任何復雜的波都可以展開成平面波解的線性疊加。為此，暫時只須要討論平面波解。平面波是一種縱向電磁波，其電場、磁場的方向，以及波傳播的方向兩者兩兩垂直。當平面波從光疏介質傳輸到光密介質中時，其頻度ν不發生變化，而且波數k、波速vp和波長λ均會發生改變。
平面波的常見偏振光狀態可分為線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光三種。最通常的情況就是橢圓偏振光，這些偏振光狀態的電場由沿x軸和y軸兩個方向、具有一定相位差且振幅任意的震動矢量疊加得到。逆著波傳播的方向觀察，橢圓偏振光狀態總的電場震動向量的軌跡是一個橢圓。當沿x軸和y軸的振動相位差為0時，總的電場震動向量的軌跡是一條線段，此時的平面波處于線偏振光狀態；當沿x軸和y軸的震動相位差為±π/2，且振幅相等時，總的電場震動向量的軌跡是一個圓，這樣的平面波處于圓偏振光狀態。
電場和磁場之間的叉乘拿來定義矢量光的色散是折射嗎，也即能流密度。對于平面波來說，能流密度矢量與傳播時的等相位面垂直，即順著波數k的方向。在估算能流密度與能量密度的瞬時值時須要注意借助的是平面波電場和磁場的實數部份；而估算能流密度與能量密度的時間平均值時，須要對代入復數電磁場后的最終結果取實部，并減去1/2。
下邊介紹平面波在色散介質中的傳播。我們可以用兩個反例來理解色散。第一個是白光光束經過介質折射后的“擴束”現象；第二個是光脈沖經過介質傳播后的脈沖長度紊流現象。這種現象始于不同頻度的光在介質中傳播時具有不同的折射率，致使光的偏折角度和傳播速率會彼此不同。這種折射率對光頻度（或波長）的依賴就引起了各類色散現象，色散現象分為三種：正常色散、反常色散和無色散。在介質正常色散的區間內，短波長的光波傳播速率要比長波長的光波快，反常色散則恰好相反。
不僅色散光的色散是折射嗎，不同光學材料擁有不同的可透光波長范圍，由光學材料的吸收特點所決定。
介質的色散（折射率的頻度依賴性）和吸收與極化率密切相關。極化率一般為復數，雖然部與折射率n相關，虛部與吸收系數α相關，而且極化率的實部和虛部滿足-關系，按照這一關系，曉得實部和虛部中的一個就可以得到另一個。假如所關注的波長范圍遠離介質的共振吸收頻度，這么可以將介質的共振吸收峰近似為無限銳吸收線，也即可以用δ函數近似表示吸收系數，從而按照吸收系數α再求得折射率n的表達式，也即公式。
依據公式，對于特定的介質，當曉得該式中的各個參數的值，就可以得到折射率隨波長的變化關系。下邊的幻kt板列出了熔體氫氧化鋁、SF10玻璃和藍寶石這三種介質借助公式得到折射率與波長的關系曲線。
當我們關注的波長大于200nm，抵達真空紫外、極紫外甚至是X射線的區域時，因為介質強烈的吸收，公式不再適用，這時須要借助新的估算公式來得到介質的折射率。
在估算中須要用到的各類參數也可以通過查閱工具書得到，下邊的幻kt板展示了碳（C）和鋁（Al）的估算結果。
以上從麥克斯韋等式組和物質多項式出發，推論得到波動多項式，此后討論平面波解的特點，最后介紹平面波在色散介質中傳播時的色散現象，以及在不同波長范圍內怎么估算介質的折射率。