Supongamos que tenemos dos medios distintos, uno con un índice de refracción ni y otro con un índice de refracción nr separados por una superficie. En el primero de ellos tenemos una fuente de luz. Los rayos que emergen de la fuente de luz inciden sobre la superficie de separación con un ángulo θi. Una parte de estos rayos se refleja con el mismo ángulo, y otra parte se refracta pasando al segundo medio y verificando la ley de Snell:
nisenθi=nrsenθr
Como puede verse, a medida que aumenta el ángulo de incidencia aumenta su seno, lo que implica que aumenta el seno del ángulo de refracción y aumenta también el ángulo de refracción, para que se siga verificando esta ley. Existirá por tanto un ángulo de incidencia que llamaremos ángulo de incidencia límite (θil) para el cual el ángulo de refracción es 90º. Para valores superiores a este ángulo de incidencia el de refracción es superior a 90º, lo que implica que toda la luz es reflejada y no hay refracción, es decir, se produce la reflexión total. El ángulo de incidencia límite es el que hace que el de refracción sea 90º, es decir, por la ley de Snell:
Esta condición es la necesaria para que exista la reflexión total. Además, debemos darnos cuenta de que los valores del seno oscilan entre cero y uno, luego además:
Es decir, sólo se produce reflexión total si el índice de refracción del primer medio es mayor que el del segundo.