Cuando un rayo de luz pasa de un medio más denso ópticamente (mayor índice de refracción $n_1$) a un medio menos denso (menor índice de refracción $n_2 < n_1$), el rayo refractado se aleja de la normal, es decir, el ángulo de refracción $\theta_r$ es mayor que el ángulo de incidencia $\theta_i$.El ángulo límite $\theta_L$ (también llamado ángulo crítico) es aquel ángulo de incidencia para el cual el rayo refractado forma exactamente $90^\circ$ con la normal, es decir, el rayo refractado se propaga rasando la superficie de separación entre los dos medios.Aplicando la Ley de Snell en esta situación ($\theta_r = 90^\circ$):

Para ángulos de incidencia superiores al ángulo límite ($\theta_i > \theta_L$), no existe rayo refractado y toda la luz se refleja de vuelta al primer medio: este fenómeno se denomina reflexión total interna.

En el esquema se observa cómo el rayo incidente con ángulo $\theta_L$ desde el medio de mayor índice ($n_1$) produce un rayo refractado que emerge exactamente paralelo a la superficie de separación ($\theta_r = 90^\circ$). Para cualquier ángulo mayor, la luz no atraviesa la interfaz y se produce reflexión total.