Un cristal muestra birrefringencia cuando su estructura es anisotrópica. En este caso, un haz luminoso incidente se divide en dos haces polarizados linealmente cuyos planos de oscilación son perpendiculares entre sí. Uno de los haces sigue la ley de la refracción y se llama haz ordinario. El otro haz tiene una velocidad de propagación que depende de la dirección y se denomina haz extraordinario. Si el cristal es ópticamente uniaxial, el comportamiento puede describirse con 2 índices de refracción.