Światłowód jednomodowy thumb|Przepływ strumienia świetlnego w światłowodzie jednomodowym Światłowody jednomodowe (ang. Single Mode Fiber, SMF) charakteryzują się średnicą rdzenia od 8 do 10 mikrometrów, a także skokową zmianą współczynnika załamania światła. W światłowodach jednomodowych sygnał – wytworzony przez laser półprzewodnikowy – ulega tylko niewielkim zniekształceniom (brak dyspersji międzymodowej). Fala świetlna rozchodzi się prawie równolegle do osi światłowodu i dociera do końca włókna w jednym modzie – tzw. modzie podstawowym. Ten rodzaj światłowodów nadaje się do dalekosiężnej telekomunikacji światłowodowej, gdyż sygnał może być transmitowany bez regeneracji na odległość do 100 km, zaś ich żywotność wynosi 25 lat. Umożliwiają one stosowanie wielu protokołów jednocześnie, co zapewnia bardzo efektywny transfer danych.
Światłowód będzie prowadził tylko jeden mod, jeżeli jego częstotliwość znormalizowana V będzie mniejsza niż 2,405.
gdzie: – średnica rdzenia światłowodu, – długość fali optycznej transmitowanej w falowodzie, i – odpowiednio: współczynniki załamania rdzenia i płaszcza.