Wyjaśnienie thumb|300px|Schemat 1. Rozdzielenie się promienia padającego prostopadle na powierzchnię dwójłomnego, jednoosiowego kryształu thumb|300px|Schemat 2. Zasada działania płytek ćwierć- i półfalowych. Oś optyczna kryształu skierowana jest równolegle do powierzchni kryształu. Promień pada prostopadle do tej powierzchni. Po wejściu do kryształu, składowe promieniowania o różnych polaryzacjach rozchodzą się w nim z różnymi prędkościami, ale po tej samej drodze. Następuje więc przesunięcie jednej polaryzacji względem drugiej. thumb|300px|Schemat 3. Wyjaśnienie podwójnego załamania za pomocą zasady Huygensa. Należy zauważyć, że jest to przypadek szczególny – promień nadzwyczajny leży w płaszczyźnie padania.
Zjawisko to wynika z faktu, że substancja jest anizotropowa, co oznacza, że współczynniki przenikalności elektrycznej ε i wynikająca z niego prędkość światła, a co za tym idzie współczynnik załamania światła, w krysztale zależy od kierunku drgań pola elektrycznego fali elektromagnetycznej (polaryzacji fali).
W krysztale takim istnieje oś optyczna. Jest to kierunek, w którym biegnące światło nie rozdziela się na dwa promienie, ponieważ prędkość światła poruszającego się w tym kierunku nie zależy od kierunku polaryzacji. Kierunek tej osi nie zależy od kształtu kryształu.