gdzie dolne indeksy 1 i 2 odnoszą się do sąsiadujących ośrodków o różnej gęstości optycznej. Kąt graniczny jest zdefiniowany jako wartość kąta padania światła biegnącego z ośrodka o większej wartości w sytuacji, gdy kąt załamania osiąga wartość 90° (promień załamany „ślizga się” po powierzchni granicznej):
Znane wartości kąta granicznego i współczynnika załamania światła zastosowanego w refraktometrze materiału optycznego (np. szkło kwarcowe, n1), pozwalają obliczyć współczynnik załamania światła substancji badanej (n2), która kontaktuje się z tym materiałem optycznym.
Podstawą działania innych refraktometrów, nazywanych interferometrycznymi, jest definicja drogi optycznej:
gdzie: – rzeczywista droga przebyta przez światło (droga geometryczna), – bezwzględny współczynnik załamania światła ośrodka:
gdzie: – prędkość światła w próżni (ok. 3×108 m/s), – prędkość światła w danym ośrodku.
Podstawowe typy aparatów Stosowane są np.: Refraktometr Abbego W refraktometrze wiązka promieniowania (np. monochromatyczna żółta linia D sodu z lampy sodowej) przechodzi przez dwa pryzmaty, między którymi znajduje się badana warstwa o mniejszej gęstości optycznej (np.