光波在介质中的传播可由介质中的麦克斯韦等式组精确描述。物质等式描述了感应电磁场（D、B）与电磁场（E、H）、极化场（P、M）之间的关系。不考虑非线性效应，而仅在线性光学的情形下讨论，这么极化场与电磁场之间呈线性关系。借助上述这种等式可以推导入在各向同性、均匀、无磁性、无自由电荷及电压的介质中的波动多项式。电场与磁场之间存在固定的关系，所以只须要考虑电场即可，磁场可以由电场得到。
在求解波动多项式时，假若不考虑介质的色散，并且假设电磁波沿z轴方向传播，这么波动多项式可以进行简化。简化后的波动多项式有一个最基本的特解——平面波解，而其他任何复杂的波都可以展开成平面波解的线性叠加。为此，暂时只须要讨论平面波解。平面波是一种纵向电磁波，其电场、磁场的方向，以及波传播的方向两者两两垂直。当平面波从光疏介质传输到光密介质中时，其频度ν不发生变化，而且波数k、波速vp和波长λ均会发生改变。
平面波的常见偏振光状态可分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光三种。最通常的情况就是椭圆偏振光，这些偏振光状态的电场由沿x轴和y轴两个方向、具有一定相位差且振幅任意的震动矢量叠加得到。逆着波传播的方向观察，椭圆偏振光状态总的电场震动向量的轨迹是一个椭圆。当沿x轴和y轴的振动相位差为0时，总的电场震动向量的轨迹是一条线段，此时的平面波处于线偏振光状态；当沿x轴和y轴的震动相位差为±π/2，且振幅相等时，总的电场震动向量的轨迹是一个圆，这样的平面波处于圆偏振光状态。
电场和磁场之间的叉乘拿来定义矢量光的色散是折射吗，也即能流密度。对于平面波来说，能流密度矢量与传播时的等相位面垂直，即顺着波数k的方向。在估算能流密度与能量密度的瞬时值时须要注意借助的是平面波电场和磁场的实数部份；而估算能流密度与能量密度的时间平均值时，须要对代入复数电磁场后的最终结果取实部，并减去1/2。
下边介绍平面波在色散介质中的传播。我们可以用两个反例来理解色散。第一个是白光光束经过介质折射后的“扩束”现象；第二个是光脉冲经过介质传播后的脉冲长度紊流现象。这种现象始于不同频度的光在介质中传播时具有不同的折射率，致使光的偏折角度和传播速率会彼此不同。这种折射率对光频度（或波长）的依赖就引起了各类色散现象，色散现象分为三种：正常色散、反常色散和无色散。在介质正常色散的区间内，短波长的光波传播速率要比长波长的光波快，反常色散则恰好相反。
不仅色散光的色散是折射吗，不同光学材料拥有不同的可透光波长范围，由光学材料的吸收特点所决定。
介质的色散（折射率的频度依赖性）和吸收与极化率密切相关。极化率一般为复数，虽然部与折射率n相关，虚部与吸收系数α相关，而且极化率的实部和虚部满足-关系，按照这一关系，晓得实部和虚部中的一个就可以得到另一个。假如所关注的波长范围远离介质的共振吸收频度，这么可以将介质的共振吸收峰近似为无限锐吸收线，也即可以用δ函数近似表示吸收系数，从而按照吸收系数α再求得折射率n的表达式，也即公式。
依据公式，对于特定的介质，当晓得该式中的各个参数的值，就可以得到折射率随波长的变化关系。下边的幻kt板列出了熔体氢氧化铝、SF10玻璃和蓝宝石这三种介质借助公式得到折射率与波长的关系曲线。
当我们关注的波长大于200nm，抵达真空紫外、极紫外甚至是X射线的区域时，因为介质强烈的吸收，公式不再适用，这时须要借助新的估算公式来得到介质的折射率。
在估算中须要用到的各类参数也可以通过查阅工具书得到，下边的幻kt板展示了碳（C）和铝（Al）的估算结果。
以上从麦克斯韦等式组和物质多项式出发，推论得到波动多项式，此后讨论平面波解的特点，最后介绍平面波在色散介质中传播时的色散现象，以及在不同波长范围内怎么估算介质的折射率。