Cuando la luz pasa de un medio a otro, la frecuencia no cambia, pero sí la velocidad y la longitud de onda. La relación entre el índice de refracción y la longitud de onda es:

Despejando la longitud de onda en la fibra $\lambda$:

La longitud de onda del rayo en la fibra de cuarzo es $\lambda = 3{,}64 \cdot 10^{-7}$ m (364 nm, ultravioleta cercano). La longitud de onda disminuye al pasar a un medio más denso ópticamente, ya que la velocidad de propagación es menor pero la frecuencia se conserva.

El rayo no sale al exterior cuando se produce reflexión total interna. Esto ocurre cuando el rayo viaja dentro de la fibra (cuarzo, $n_1 = 1{,}5$) e incide sobre la superficie de separación con el aire ($n_2 = 1$) con un ángulo igual o mayor al ángulo límite $\theta_c$.El ángulo límite se obtiene aplicando la Ley de Snell con el ángulo refractado igual a $90^\circ$ (el rayo refractado rasa la superficie):

Para ángulos de incidencia iguales o superiores a $\theta_c \approx 41{,}8^\circ$, el rayo no sale al exterior: se produce reflexión total interna, que es precisamente el principio físico en que se basa el funcionamiento de las fibras ópticas.